Волноводные лазеры

Это условие является необходимым для получения мнимой поперечной постоянной распространения, что соответствует бесконечно малому значению поля моды в граничной среде. Существует много практических приложений, когда бывает желательно или необходимо направлять мощность в слое, у которого показатель преломления меньше, чем в двух окружающих средах. Примером этого является волноводный лазер, в котором внутренний слой состоит из молекулярного газа с = 1. В таком случае полное отражение на границах отсутствует. Волна, попадающая в такой волновод, теряет мощность из-за утечки в граничащие среды и затухает с расстоянием г (направление распространения). [c.521]

Рис. 6.18. Схематическое представление волноводного СОг-лазера с накачкой ВЧ-полем.

На рис. 11.32 схематически показано устройство волноводного С02-лазера на длине 10,6 мкм, использующего описанные выше моды утечки. Волноводный режим достигается в капиллярной трубке из ВеО. [c.528]

При таком подходе к созданию лазеров с синтезированной апертурой с точки зрения повышения эффективности накачки и обеспечения фазировки желательно минимизировать число фрагментов активного элемента. Для этого в наибольшей степени подходит пластинчатая форма фрагмента, позволяющая, к примеру, получать более высокие средние мощности излучения, чем в активном элементе круглой формы с такой же площадью сечения (см. гл. 3). Возможность уменьшения термооптических искажений при волноводном распространении излучения и устранения деполяризаций [c.188]

В диэлектрическом волноводе простым способом вывода части мощности волноводной моды является гофрирование поверхности. В этом случае мода действует как луч, падающий под скользящим углом к рифленой поверхности, который в результате дифракции частично рассеивается в окружающее пространство. Гофрирование используется для селективного ввода и вывода в волновод мод соответствующей пространственной структуры. На основе гофрированных поверхностей изготавливаются узкополосные фильтры, детекторы света и фазочувствительные элементы. Принципы работы этих приборов рассмотрены в книге [16]. Кроме того, гофрирование применяется для брэгговских отражателей, используемых в полупроводниковых лазерах. [c.437]

Распределение поля в сечении генерируемого таким лазером светового пучка будет определяться дифракцией волноводной моды на торце волновода. Профиль распределения интенсивности центрального дифракционного пятна очень близок к гауссовому, в результате чего 98% энергии волноводной моды переходит в моду свободного пространства ТЕМоо- При этом минимальный радиус п ка гауссовой моды связан с радиусом круглого волновода а соотношением [c.96]

Оптический резонатор должен обеспечивать высокие значения энергетической эффективности генерации излучения. Практически в технологических лазерах применяются три типа оптических резонаторов многопроходные устойчивые (ЛГТ-2.01, мод. 973, RS-1500), неустойчивые (ТЛ-5М) и волноводные, близкие по свойствам к устойчивым. Используемые в технологических лазерах резонаторы обеспечивают качество излучения с расходимостью [c.437]

Во второй главе анализируется роль резонатора в формировании поля излучения лазера, излагаются основы теории открытых резонаторов. Используются геометрооптическое приближение, итерационный метод Фокса—Ли, модель гауссовых пучков, закон АВСО. Учитываются апертуры зеркал, наличие внутри резонатора линзы или диафрагмы, разъюстировка элементов в резонаторе. Рассматриваются резонаторы различной геометрии — как устойчивые, так и неустойчивые. В случае активных резонаторов обсуждаются эффекты тепловой линзы, затягивания частот и выгорания дыр . Уделяется внимание вопросам селекции продольных мод, а также физике волноводных резонаторов и пленочных лазеров с распределенной обратной связью. [c.5]

В данной главе основное внимание будет уделено пас-сивным резонаторам. Отдельно будут рассмотрены вопросы влияния активной среды на спектр генерации (эффекты выгорания дыр и затягивания частот) и на пространственную структуру поля излучения (эффект тепловой линзы), а также волноводные резонаторы и тонкопленочные лазеры. Подчеркнем, что вопросы формирования поля в активных резонаторах органически связаны с динамикой процессов в генерирующих лазерах. Это — большой и принципиально важный круг вопросов. Он будет рассматриваться в третьей главе книги. [c.109]

Особое место занимают волноводные резонаторы и пленочные лазеры с распределенной обратной связью (см. 2.14 и 2.15). [c.109]

Показатель усиления в импульсных газоразрядных СО2-Л. обычно составляет от 1,5 до 3—4 м Ч Импульсные СО2-Л. успешно работают при давлениях до 10—15 атм. При давлении более 5—7 атм ударное уширение становится примерно равным интервалу между колебательно-вра-щат. линиями полос. Это позволяет получить плавную перестройку частоты во всём диапазоне, показанном на рис. 1. В непрерывном режиме применение трубок диаметром 1—2 мм (т. н. волноводные лазеры) даёт возможность работать при давлении до 0,2—0,4 атм и существенно расширить диапазон перестройки частоты за счёт ударного уширення линий. [c.445]

Из всего спектра мод тип колебаний ЕНц выделяется сравнительно невысокими полными потерями энергии и большим КПД. Для субмиллиметровых ГЛОН в случае da/a О, И-г-0,2 этот тип колебаний является энергетически самым выгодным. В случаях d /a > 0,2 высокий КПД и низкие потери (кроме ЕНц) имеют уже типы колебаний TEoi, TE i, TH i, THq . При этом более низкие полные потери мод T oi и обеспечивают этим модам (особенно в случае невысокого коэффициента усиления активной среды ГЛОН) конкурентную способность по отношению к основным типам колебаний. Большая глубина селекции типов колебаний ТЕ и THq одновременно с различием поляризации этих мод делает возможным создание одномодового волноводного лазера. [c.169]

ВО всех вариантах волноводного резонатора наблюдается одночастотный режим генерации (селектируется центральная продольная мода). Исследования волноводного лазера на иттрий-алюминие-вом гранате с неодимом [71] показали, что одночастотный режим генерации имеет место вплоть до мощностей накачки, при которых разрушается кристалл. В этом же лазере наблюдалась генерация одной поперечной моды число Френеля при этом превышало 10 . [c.244]

Другим лазерным источником излучения, который легко можно из-говить в виде, пригодном для использования в оптической связи, является четырехуровневый газовый лазер на углекислом газе, работающий на длине волны 10,6 мкм. Как и в большинстве газовых лазеров, верхний лазерный уровень заселяется прямо или косвенно за счет электронного возбуждения в газовом разряде. При низких давлениях, скажем, приблизительно 1/10 атмосферы (или 10 Па), может использоваться либо разряд, возбуждаемый постоянным током, либо радиочастотный тлеющий разряд. Самое важное заключается в том, чтобы получить однородный и непрерывный разряд во всем объеме активной среды. Для получения очень коротких лазерных импульсов (менее 1 не) были разработаны сложные методы накачки, связанные с использованием разрядов высокой мощности, а для получения очень высокой мощности в непрерывном режиме (более 100 кВт) — методы непрерывной накачки газового потока. В качестве источника излучения для целей связи самым подходящим оказалось компактное отпаянное устройство, способное давать от нескольких ватт до нескольких десятков ватт мощности в непрерывном режиме излучения в легко модулируемой форме. С этой целью был специально разработан конкретный тип волноводного лазера [16.41. Схематически его конструкция изображена на рис. 16.8. Перед рассмотрением некоторых особенностей этой конструкции остановимся на физических основах работы лазера на углекислом газе. [c.410]

Методы ввода и вывода излучения из оптических микроволноводов. Важным вопросом И.о. является преобразование ла.черного пучка в волноводные моды (ввод излучения в волновод) и наоборот (вывод его). Вводить в волновод излучение лазера можно, фокусируя его на торец или стыкуя непосредственно источник света (лазер, оитич. волокно) с волноводом. При этом эффективность ввода зависит от степени согласования возбуждающего излучения с волноводной модой. [c.151]

Лит. см. при ст. Модуляторы света. А. Н. Напорский. МОДЫ (от лат. modus — мера, образ, способ, вид) — тииы колебаний (нормальные колебания) в распределённых колебат. системах (см. Объёмный резонатор. Оптический резонатор) ИЛИ типы волн (нормальные волны) в волноводных системах и волновых пучках (см. Волновод, Квазиоптика). Термин М. стал употребляться также для любого волнового поля (вне его источников), обладающего определ. пространственной структурой (симметрией). Так появились понятия М. излучения лазера, утекающая М., поверхностная М., М. шепчущей галереи , экспоненциально спадающая М., селекция М. ИТ. д. [c.185]

Говоря о многолучевых лазерных системах, необходимо отметить некоторые особенности пространственных характеристик их излучения. Достижение одновременной генерации большого числа газоразрядных трубок в общем плоском резонаторе возможно лишь при высокой степени параллельности этих трубок. Конструирование и эксплуатация лазера сушественно облегчаются при волноводном режиме работы резонатора, т. е. при выполнении условия dj/ 2kLj) < 1. Если не предпринимать специальных мер, каждая газоразрядная трубка работает как независимый лазер и поэтому излучение всей сборки представляет собой набор некогерентных между собой лазерных пучков. Предельная расходимость каждого из них составляет X/rfx- [c.131]

Рис. 6.17. С.хемэтическое представление волноводного СОг-лазера с продольной прокачкой газа.

SSFM-метод применялся для решения многих разнообразных задач оптики, таких, как распространение волн в атмосфере [42, 43], в световодах с градиентным профилем показателя преломления [44, 45], в полупроводниковых лазерах [46-48], в неустойчивых резонаторах [49, 50] и в волноводных ответвителях [51, 52]. Этот метод часто называют методом распространения пучка [44-52], если его применяют для описания стационарного распространения, когда дисперсия заменяется дифракцией. В частном случае опирания распространения импульсов в волоконных световодах он впервые применялся в 1973 г. [28]. В настоящее время SSFM-метод широко распространен [53-64] ввиду его большей скорости по сравнению с разностными методами [39]. Он относительно прост в применении, но требует осторожности в выборе размеров шагов по z и Г, чтобы сохранить нужную точность. В частности, нужно проверять точность, вычисляя сохраняюшиеся величины, такие, как энергия импульса (в отсутствие поглощения), вдоль длины волокна. Оптимальный выбор размера шага зависит от степени сложности задачи. Существует несколько рекомендаций в выборе шага иногда необходимо повторять вычисления, уменьшив шаг, чтобы быть уверенным в точности численного моделирования. [c.52]

В малоапертурных лазерах используются либо волноводные, либо открытые устойчивые резонаторы (у других их типов дифракционные потери оказываются чрезмерно большими так, у низшей моды плоского резонатора из круглых зеркал при N= I они составляют 20 % на проход, см. рис. 2.12). Волноводными именуют резонаторы, у которых удержание излучения в зоне малого сечения осуществляется за счет отражения от боковых стенок кюветы. Ввиду большой специфичности мы эти резонаторы рассматривать не будем отметим только, что поскольку и число отражений от боковых стенок на длине резонатора, и потери при каждом отражении растут с углом наклона лучей, волноводные резонаторы по своим селективным способностям похожи на открытые плоские. [c.204]

Кроме цилиндрической симметрии волноводных резонаторов в лазерах были использованы и другие структуры волноводов. Например, волноводный резонатор, образованный параллельными металлическими плоскостями. Более подробно с применением волноводных резонаторов и волноводных методов в создании и исследовании ГЛОН можно ознакомиться в работе [141]. Особенностью резонаторов F/i -лазеров (открытых и волноводных) является необходимость регулировки их длины. В отличие от M/D-излучения ширина линии усиления F/i -лазера составляет всего несколько МГерц, что значительно меньше промежутка между соседними продольными типами колебаний резонатора (Av = /2L для L = 1 м, Av == 150 мГц). Для такой регулировки в лазерах одно из зеркал должно быть смонтировано на подвижном устройстве (плунжере). Можно выделить еще одну особенность в существующих f/i -лазерах. Эта особенность касается конструкции зеркал. В идеальном случае выходное зеркало должно полностью отражать излучение накачки и частично пропускать F/i -излучение, причем пропускание должно быть равномерным по всему сечению резонансного объема. В существующих системах пока наиболее распространенным остается самый простой и дешевый на практике способ вывода излучения генерации из резонатора через отверстие. Обычно отверстие в выходном зеркале герметически закрывается окном из кварца или другого материала, не пропускающего излучение накачки. К числу недостатков такого вывода относится большая угловая расходимость излучения генерации и потери мощности излучения накачки. Кроме того, трудно добиться максимально возможной мощности [c.140]

Пример 3. Резонаторы ГЛОН. Как уже отмечалось, в ГЛОН могут быть использованы резонаторы двух типов открытые и волноводные. Расчет характеристик открытых резонаторов ГЛОН MIR- и // -излучение) не отличается принципиально ни по постановке задачи, ни по технике ее реализации на ЭВМ от задач открытых резонаторов в оптическом диапазоне. Поэтому при расчетах открытых резонаторов ГЛОН можно пользоваться методиками и программами, изложенными в гл. 2. Рассмотрим результаты расчетов и анализ волноводных резонаторов. Конструктивно волноводный резонатор заложен в любом газовом лазере с разрядной трубкой, которая может рассматриваться как диэлектрический полый волновод. Но в оптическом диапазоне влияние стенок трубки на формирование поля в резонаторе не учитывается, так как отношение (ИХ d — диаметр трубки, X —длина волны) в этом диапазоне очень велико и каустика эффективного поля резонатора при таких условиях меньше диаметра трубки. Однако в ИК-диапазоне с успехом используются волноводные СОг-лазеры, где отношение d/i много меньше, чем в обычных лазерах за счет уменьшения d (единицы мм) [37]. При расчете характеристик такого лазера учитывается влияние стенок на формирование поля в резонаторе. В лазерах с оптической накачкой при увеличении длины волны излучения вплоть до субмиллиметрового и миллиметрового диапазонов отношение d/X становится еще меньше, даже с учетом того, что диаметры их трубок для увеличения эффективности генерации делаются большими по сравнению с диаметрами трубок СО -лазеров. Поэтому роль стенок трубки в заполненных эффективным полем объеме резонатора увеличивается. Рассмотрим наиболее типичную схему волноводного резонатора ГЛОН (рис. 3.28). Зеркала этого резонатора, расположенные на торцах диэлектрического поля волновода (трубки), имеют отверстия di и dg соответственно для ввода излучения накачки в активную среду ГЛОН и вывода излучения генерации. Так как задача является осесимметричной, будем искать искомые поля в резонаторе как функцию от координаты U (г). В качестве базисных функций этой задачи выбираются радиальные ортонормированные собственные функции бесконечного полого диэлектрического волновода со следующими условиями. [c.163]

В работе [62] показано, что поперечная неоднородность инверсии газовых лазеров приводит к эффективной селекции основного типа колебаний ЕНц даже в случае, когда его потери энергии близки к потерям энергии высших мод. Таким образом, применение выпуклых зеркал в волноводном резонаторе ГЛОН может обеспечить одномодовый режим генерации с высокой выходной мощностью и уменьшенной расходимостью излучения, т. е. волноводные резонаторы с выпуклыми зеркалами являются полной аналогией открытых неустойчивых резонаторов [5 ]. Некоторые из этих выводов, полученные на основе численного моделирования формирования полей основных типов колебаний в волноводных резонаторах, получили и экспериментальное подтвержденйе [92]. Вернемся теперь к основному исходному уравнению волноводного резонатора с цилиндрической симметрией (3.75). Рассмотрим резонатор с плоскопараллельными зеркалами ( fi = 0). С Учетом того, что поверхность плоского зеркала является поверхностью равной фазы, рассмотрим влияние отверстий связи на характеристики типов колебаний исследуемого резонатора. Для этого необходимо решать на ЭВМ уравнение (3.75) с учетом — = gi — 0. Результаты этих расчетов можно найти в работе Гю1. Они проделаны для фиксированного диаметра одного из отвер- [c.168]

Резонаторы волноводного типа. Проявления термоиндуцированных искажений активной среды могут быть устранены при использовании описанных в работе [79] лазеров с резонаторами волноводного типа. В результате многократных отражений от полированных боковых поверхностей активного элемента (полное внутреннее отражение) свет в таких резонаторах распространяется под углом к геометрической оси элемента, и в первом приближении можно считать, что лучам, проходящим через различные участки поперечного сечения пучка света под одним и тем же углом, соответствуют одинаковые изменения оптического пути в активной среде. [c.139]

Резюмируя сказанное и данные литературы, можно считать установленным, что в волноводах, сформированных в органических нелинейных средах на сечениях порядка длины волны возбуждающего излучения, возможно поддержание практически одинаковой высокой плотности мощности на больших длинах, не реализуемых при объемных взаимодействиях, когда происходит рас-, ширение гауссовских пучков. Например, гетеропереходный полупроводниковый лазер создает в волноводе 1X1 мкм плотность мощности 10 МВт/см , обеспечивающую при высоком нелинейнооптическом качестве материала выполнение им практически всех требующихся технике функций. Вторым преимуществом волноводных конфигураций является возможность использования дисперсии отдельных мод для компенсации эффективной дисперсии рефракции. Иначе — для данной длины волны накачки возможно обеспечить синхронизм подбором управляемых параметров волновода толщины, показателя преломления слоя и (или) подложки — вместе или независимо. Таким образом, при наличии необходимой технологии в волноводах обеспечивается синхронизация двух за- [c.250]

Рис. 3.19. Схема экспериментальной установки для переключения с помощью импульсов лазера на красителе с синхронной накачкой (по [3.29]), см. гл. 6. 1 — ВЧ-генератор 2 — акустооптический синхронизатор мод 3 — Кг+-лазер 4 —лазер на красителе 5 — стробирующая головка 5 —фотодиод 7 —оптоэлектронный ключ 8 — блок питания 9 — стробоскопический осциллограф. К волноводной структуре прикладывалось постоянное напряжение порядка 100 В. Индуцированный в щели электрический сигнал подавался с помощью короткого коаксиального кабеля на вход В стробоскопической головки (HP 1430 С) с временем нарастания 20 пс. Для управления стробоскопической головкой на его вход А поступал сигцал с лавинного фотодиода, возникавший под действием ответвленной части излучения лазера накачки (криптоновый лазер), также работавшего в режиме синхронизации мод с частотой следования импульсов 76 МГц. Импульсы излучения лазера на красителе (пиковая мощность 100—500 Вт, длительность — 5—10 пс, частота следования 76 МГц) фокусировались линзой (/=40 мм) на активную поверхность детектора (0,45x0,03 мм ). В этом устройстве оптоэлектронный ключ может быть использован и как быстродействующий фотоприемник. Его чувствительность имеет порядок 1 мВ на 1 мВт средней мощности излучения лазера.

Мощные вихревые пучки с кольцевой формой, генерируемые в лазерах, широко используются в лазерной технологии обработки материалов, так как создают более равномерное распределение температуры. Кроме того, при импульсной генерации вихревого пучка появляется возможность пропускать его через воздушную среду в волноводном режиме, исключающем его дифракционное расплывание. Это связано с тем, что из-за обращения интенсивности в нуль в центре пучка температура воздуха на оси пучка оказывается ниже (а показатель преломления выше), чем в остальных областях его сечения. Тем самым создаются условия для постоянной подфокусировки пучка в процессе его распространения. [c.136]

Чтобы составить представление о комплексности программы, перечислим использовавшиеся для ее осуществления технические средства. Это прежде всего лидары самолетный с использованием непрерывного волноводного когерентного СОг-лазера на длине волны 10,6 мкм наземный лидар на импульсном СОг-лазере с когерентным приемом (10,6 мкм) лидар, запускаемый на баллонах с земли, снабженных АИГ Nd-лазером (длины волн 1,06 0,53 и 0,35 мкм). Одновременно с последним лидаром запускался солнечный прозрачномер, обеспечивающий получение данных об оптической толще атмосферы средства прямых измерений, базирующиеся на острове станции департамента метеорологии Великобритании наземные станции четырех подразделений ВВС США. [c.107]

Смотреть страницы где упоминается термин Волноводные лазеры : [c.367] [c.370] [c.371] [c.549] [c.522] [c.609] [c.174] [c.326] [c.151] [c.153] [c.421] [c.422] [c.147] [c.481] [c.482] [c.139] [c.218] [c.402] [c.94] [c.438] [c.229] [c.446] [c.194]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...