Лазерная генерация

По формуле (2.78) можно вычислить доплеровскую ширину линии Avg = Ao)g/2n атома Ne при Т = 300 К на длине волны Я = 0,6328 мкм (одна из линий неона, на которой осуществляется лазерная генерация см. гл. 6), которая оказывается равной [c.51]

В отличие от резонаторов, применяемых в устройствах СВЧ-диапазона, лазерные резонаторы характеризуются следующими двумя главными особенностями I) они, как правило, являются открытыми, т. е. не имеют боковой поверхности, и 2) их размеры намного превышают длину волны лазерной генерации. Поскольку длина волны лазера простирается от долей микрометра до нескольких десятков микрометров, лазерный резонатор с размерами, сравнимыми с этими длинами волн, имел бы слишком низкий коэффициент усиления, чтобы могла возникнуть лазерная генерация. Упомянутые выше две особенности оптического резонатора оказывают значительное влияние на его характеристики. Например, то, что резонатор является открытым, приводит к неизбежным потерям для любой моды резонатора. Эти потери обусловлены дифракцией электромагнитного поля, вследствие чего часть энергии покидает резонатор. Поэтому такие потери называются дифракционными. Таким образом, строго говоря, определение моды в смысле (4.1) нельзя применить к открытому оптическому резонатору, и в таком резонаторе не существует истинных мод (т. е. стационарных конфигураций). Однако в дальнейшем мы увидим, что в открытых резонаторах в действительности существуют конфигурации типа стоячих электромагнитных волн, имеющие очень небольшие потери. Поэтому мы будем определять моду (иногда [c.160]

Метод модуляции добротности [22] позволяет получать лазерную генерацию в виде коротких импульсов (длительностью от нескольких наносекунд до нескольких десятков наносекунд) с высокой пиковой мощностью (от нескольких мегаватт до нескольких десятков мегаватт). Основная идея метода состоит в следующем. Предположим, что в резонатор лазера помещен затвор. Если затвор закрыт, то генерация возникнуть не может и инверсия населенностей может достичь значения, которое намного превышает пороговое, имеющее место в отсутствие затвора. Если теперь резко открыть затвор, то усиление в лазере существенно превысит потери и накопленная энергия выделится в виде короткого и интенсивного светового импульса. Поскольку при этом происходит переключение добротности резонатора от низкого к высокому значению, то данный метод называется модуляцией добротности. [c.284]

После того как мы вычислили Ni, эволюцию системы во времени после включения добротности (т. е. при > 0) можно описать уравнением (5.18) с начальными условиями N 0)=Ni и q 0)=qi. Здесь вновь —небольшое число фотонов, необходимое для того, чтобы началась лазерная генерация. Впрочем, уравнения можно существенно упростить, поскольку мы ожидаем, что изменения во времени величин N t) и q t) происходят за столь короткие промежутки времени, что в уравнении (5.18а) можно пренебречь членом Wp Nt — N), отвечающим за накачку, и членом N/т, отвечающим за релаксацию. Тогда уравнения (5.18) сводятся к следующим [c.297]

Энергетические уровни рубина образуются за счет трех электронов во внутренней 3d оболочке иона Сг +, находящихся под действием октаэдрического поля решетки АЬОз, На рис, 6.1 приведены основные уровни, представляющие интерес для лазерной генерации. Используемые здесь обозначения для уровней [c.332]

Из проведенного выше рассуждения теперь ясно, что на уровне Е накапливается большая доля энергии накачки, и, следовательно, этот уровень хорошо подходит на роль верхнего лазерного уровня. Действительно, лазерная генерация в рубине имеет место на переходе ->Мг (линия Ri) с длиной волны Х, = = 694,3 1Ш (красная). Однако следует заметить, что расстояние между 2Л и по частоте ( 29 см- ) мало по сравнению с kT//i ( 208 см- ), и, следовательно, населенность уровня 2А [c.333]

Из сказанного выше ясно, что в кристалле Nd YAG переход / 3/2- 11/2 хорошо подходит ДЛЯ получения лазерной генерации в четырехуровневой схеме, В действительности необходимо принимать во внимание следующее Уровень расщеплен [c.336]

Рис. 6.9. Уровни энергии атомов меди и золота, участвующие в лазерной генерации. Обозначение UV на рисунке соответствует ультрафиолету.

Рис. 6.11. Уровни энергии иона Аг+, участвующие в лазерной генерации.

Назовите хотя бы три лазера, длины волн которых попадают в УФ- или ВУФ-область спектра. Какие проблемы нужно решить, чтобы осуществить лазерную генерацию в УФ- и рентгеновской областях спектра [c.438]

I в соответствии с (7.7) и (7.8) выражением о =/. Таким образом, точка, которая описывает E(t) в плоскости фазора, будет по существу перемещаться во времени по окружности радиусом = 0. Благодаря статистической природе флуктуаций фазы это движение будет иметь вид случайного блуждания, угловая скорость которого, выраженная через фазовый угол ф((), определяет ширину полосы лазерной генерации. [c.446]

В качестве последнего случая мы должны были бы рассмотреть лазерную генерацию на многих поперечных модах. Можно показать (см. задачу 7.16), что такой лазер обладает только частичной пространственной когерентностью. Это происходит потому, что моды здесь различаются как своими поперечными распределениями, так и собственными частотами. [c.459]

После общих замечаний о пучке с частичной пространственной когерентностью мы можем перейти к рассмотрению особенно важного случая лазерной генерации на многих поперечных модах. Таким образом, мы рассмотрим устойчивый лазерный резонатор, в котором поперечный размер 2а активной лазерной среды значительно больше размера пятна моды ТЕМоо, распространяющейся внутри этой среды. Соответствующими примерами могут быть непрерывный или импульсный твердотельные лазеры, поэтому мы можем обратиться к случаю, показанному на рис. 5.14. Однако последующее рассмотрение применимо вообще к любому многомодовому лазеру с устойчивым резонатором. Для простоты предположим, что размер пятна w в среде приблизительно равен размеру пятна Wq в перетяжке пучка. Поскольку радиус а существенно больше, чем Шо, следует ожидать, что будет возбуждено много поперечных мод, которые заполнят поперечное сечение лазерной среды. Предполагается, что возбуждаемая мода высшего порядка ограничена до размера, который незначительно обрезается апертурой среды. Поперечные индексы этой моды можно найти из рис. 7.7, если известны максимально допустимые потери возбуждаемой моды. Предположим, например, что эти потери равны 10 %, тогда 90 % мощности этой моды высшего порядка должно проходить через лазерную апертуру. В этом случае эффективный размер пятна ш/, т в соответствии с определением, данным в предыдущем разделе, должен быть равен радиусу а среды, т. е. wt, т = а. С помощью выражения (7.49) получаем [c.464]

До настоящего времени все эксперименты по лазерной генерации сверхкоротких импульсов деформации были выполнены при комнатных температурах, что фактически позволяло исследовать распространение акустических волн с частотами Va slO ГГц лишь на микроскопические расстояния. Использование оптически возбуждаемых пикосекундных акустических импульсов для диагностики макроскопических образцов возможно только при низких (гелиевых) температурах. Как теоретически показано в [88], переход к столь низким температурам вносит качественные изменения в процесс термоупругой генерации звука. С одной стороны, исключается возможность генерации сверхкоротких импульсов деформации на поверхности макроскопических металлических образцов. Действительно, с понижением температуры электронная теплопроводность металлов сильно возрастает [89], а при гелиевых температурах электроны могут распространяться, не рассеиваясь в течение интервалов времени, значительно превышающих т [90]. В этом случае характерный размер нагреваемой за время воздействия области (Оф — скорость Ферми электронов проводимости) и [c.165]

Возможность лазерной генерации в широком диапазоне длин волн (10—2000 мкм) без изменения общей конструкции схемы. [c.141]

Сечение лазерных переходов. Лазерная генерация с метаста-бильного уровня Fz/2y в принципе, возможна для перехода на любой штарковский подуровень нижних мультиплетов (уровень 2), Однако на практике, как отмечалось выше, генерация оказывается эффективной лишь для малого числа таких переходов. Объясняется это тем, что коэффициенты усиления света при переходе на разные подуровни оказываются различными. [c.23]

Спонтанная люминесценция может описываться различными схемами переходов. Наряду со схемой, показанной на рис. 8.1, б, могут быть реализованы схемы, показанные на рис. 8.1, S, г. Все они согласуются с правилом Стокса. Заметим, что четырехуровневая схема, представленная на рис. 8.1, г, широко используется для осуществления лазерной генерации. В SToii схеме достаточно легко реализуется инверсная заселенность уровней 1 и 2. [c.188]

Наиб, простым центром окраски является / -центр — вакансия аниона отрицательно заряженного иона в двухатомном ионном кристалле), захватившая один электрон е (рис. 1, а), Все центры, на к-рых получена лазерная генерация, являются производными ог / -центров. Так, 2-центр представляет собой пару соседних f-цептров, сильно связанных друг с другом (рис. 1, б) при потере f2-4eHTpoM одного электрона образуется Fs-цвптр (рис. 1, й), при захвате — /Г-центр (рис. 1, г). Если в решётку кристалла (матрицу) введены примеси, заместившие нек-рые из катионов (чёрные кружки), то У -центр, рядом с к-рым расположен нримосыыи катион (напр., Li+ вместо К + в решётке K I), обозначают ин-дексом А (напр., рис. 1, <Э), а центр, рядом с к-рым расположились 2 примесных катиона (рис. 1, е),— индексом В. [c.566]

Пример Н. ф. п. — возникновение лазерной генерации. С термодинамич. точки зрения лазер представляет собой неравновесную систему, т. к. она включает в себя атомы и ноле, к-рые связаны с резервуарами, имеющими раал. темп-ры. При слабой накачке активные атомы излучают независимо друг от друга. С увеличением накачки лазер переходит в когерентное состояние, в к-ром все атомы излучают в фазе. При этом обнаруживается аналогия с фазовыми переходами 2-го рода. Подобная аналогия имеет место при Н. ф. п. и в др. системах физических (образование конвективных ячеек Бенара возникновение осцилляций напряжённости алектрич. поля в диоде Ганна), химических (появление автоколебаний и автоволн при хим. реакциях), биологических (переход в режим ритмич. активности нейтронных ансамблей образование неоднородных структур ври морфогенезе) и т. д. Рассмотрение этих явлений в рамках единого подхода, использующего Ландау теорию фазовых переходов и теорию нелинейных колебаний и волн, составляет основу синергетики. [c.329]

Условие инверсии может быть выполнено для фотонов В нек-рой спектральной полосе (рис. 4). Для получения э кта лазерной генерации оптнч. усиление должно компенсировать все потери потока фотонов в преде- лах лазерного резонатора, образуемого обычно собственно активной средой и зеркальвы.ми плоскостями. [c.53]

Если данное неравенство не выполняется, то работа лазера возможна в импульсном режиме лишь при условии, что длительность импульса накачки короче времени жизни верхнего уровня или сравнима с ним Возникнув, лазерная генерация будет продолжаться до тех пор, пока число атомов, накопившихся на нижнем уровне, не станет достаточным для снятия инверсии населенностей. Поэтому такие лазеры называются лазерами наса-моограниченных переходах. [c.246]

Происходящие при этом физические явления можно относительно просто описать, обращаясь к случаю пичковой генерации, представленной на рис. 5.24. Если предположить, что скорость накачки Wp = Wp t) имеет форму прямоугольного импульса, начинающегося при / = 0 и заканчивающегося при / = = 5 МКС, то излучение будет состоять лишь из первого пичка в изображенной на рисунке зависимости q(t), который возникает в момент времени около t = 5 мкс. Действительно, после генерации этого пичка инверсия будет уменьшена световым импульсом до уровня, который существенно ниже порогового и который не будет затем возрастать, поскольку накачка уже отсутствует. Таким образом, мы видим, что модуляция усиления по своему характеру аналогична пичковой генерации в лазере, рассмотренной в разд. 5.4.1. Заметим, что на практике временная зависимость накачки имеет вид колоколообразного импульса, а непрямоугольного. В этом случае мы будем считать, что максимум светового пичка соответствует спаду импульса накачки. Действительно, если бы максимум совпадал, например, с максимумом импульса накачки, то после генерации пичка оставалось бы достаточно энергии накачки, чтобы инверсия могла снова вырасти до значения выше порогового и, таким образом, в лазерной генерации появился бы второй пичок, хотя и меньшей интенсивности. Напротив, если бы число фотонов достигало максимума значительно позже на хвосте импульса накачки, то это означало бы, что накачка не была достаточно продолжительной, чтобы инверсия населенностей выросла до приемлемо высокого уровня. Из вышесказанного можно заключить, что для данного значения максимальной скорости накачки существует некоторая оптимальная длительность импульса. Если это максимальное значение увеличивается, то число фотонов нарастает быстрее и тогда необходимо уменьшить длительность импульса накачки. Можно также показать, что при увеличении максимальной скорости накачки возрастает максимальная инверсия и генерируется более короткий и интенсивный импульс. Для четырехуровневых лазеров типичные значения времени нарастания интенсивности лазерного излучения до своего пикового значения в зависимости от максимального значения скорости накачки могут составлять 5 Тс —20 Тс, где Тс время жизни фотона в резонаторе [c.304]

Не—N -лазер [9, 10], вне сомнения, имеет наибольшее значение среди лазеров на инертных газах. Генерация осуществляется на переходах атома неона, а гелий добавляется в газовую смесь для существенного повышения эффективности накачки. Лазер генерирует на многих длинах волн, из которых наиболее известна линия с А, =0,633 мкм (красная). Среди других линий— зеленая на длине волны А, = 543 нм и две линии в ИК-диапазоне с X = 1,15 и 3,39 мкм. Гелий-неоновый лазер, генерирующий на переходах с Л = 1,15 мкм, был самым первым работающим газовым лазером, и на нем также была впервые продемонстрирована непрерывная лазерная генерация (Джаван с сотр., конец 1960 г. [11]). [c.345]

На рис. 6.13 показаны уровни энергии в системе Не— d, имеющие отношение к лазерной генерации. Накачка верхних лазерных уровней ( Дз/2 и 2 5/2) в d+ осуществляется с помощью гелия через ионизацию Пеннинга. В общем случае этот процесс молено записать в виде [c.358]

Из представленного выше рассмотрения ясно, что генерация в С02-лазере может осуществляться на переходе либо (00° 1) (10 0) (Я =10,6 мкм), либо (00 Ч) (02 >0) (Я = 9,6 мкм). Поскольку сечение первого перехода больше, а верхний уровень один и тот же, генерация, как правило, происходит на переходе 00°1 10°0. Для получения генерации на линии 9,6 мкм в резонатор для подавления генерации на линии с наибольшим усилением помещается соответствующее частотно-селективное устройство (часто применяется система, изображенная на рис. 5.4,6). До сих пор в нашем обсуждении мы пренебрегали тем фактом, что как верхний, так и нижний лазерный уровни на самом деле состоят из многих близко расположенных вращательных уровней. Соответственно и лазерный переход может состоять из нескольких равноотстоящих колебательно-вращательных переходов, принадлежащих Р- или / -ветвям (см. рис. 2.28), причем Р-ветвь дает наибольшее лазерное усиление. Для полноты картины следует также учесть тот факт, что благодаря больцманов-скому распределению населенности между вращательными уровнями наибольшую населенность имеет вращательный уровень /" = 21 верхнего 00°1 состояния (рис. 6.16)На самом деле генерация фактически будет происходить на колебательно-вращательном переходе с наибольшим усилением, т. е. начинающемся с самого населенного уровня. Это происходит потому, что скорость термализации вращательных уровней в С02-лазере [ 10 с- -(мм рт. ст.)- ] больше, чем скорость уменьшения населенности (за счет спонтанного и вынужденного излучения) того вращательного уровня, с которого происходит лазерная генерация. Поэтому в генерации лазера на вращательном переходе с максимальным усилением будет принимать участие полная населенность всех вращательных уровней. Следовательно, подытоживая наше обсуждение, можно сказать, что генерация в СО2-лазере при нормальных условиях возникает на линии Р (22) [т. е. (/ = 21) (/" = 22)] перехода (00 1) (10 0). Другиели-нии того же самого перехода, а также линии, принадлежащие [c.365]

Лазеры на красителе работают либо в импульсном, либо, если выполняется условие (6.19), в непрерывном режиме. Лазерная генерация в импульсном режиме получена на большом числе различных красителей, причем для накачки применялись как импульсная лампа с коротким импульсом (при длительности переднего фронта <С 1 мкс), так и лазер, генерирующий короткие световые импульсы. В обоих случаях короткие импульсы необходимы для того, чтобы обеспечить генерацию до того, как в триплетном состоянии накопится существенная населенность, и до появления градиентов показателя преломления в жидкости. При накачке импульсной лампой можно применять эллиптический осветитель или осветитель с плотной упаковкой (см. рис. 3.1,6 и в). Чтобы обеспечить лучшую однородность накачки, а отсюда и более симметричные градиенты показателя преломления, применяют также и спиральные лампы в конфигурации, аналогичной рис. 3.1, а. Для лазерной накачки часто применяют азотный лазер, УФ-излучение которого подходит для накачки многих красителей, генерирующих в видимой области спектра. Для получения больших энергий и средних выходных мощностей для накачки УФ-излучением все чаще применяют более эффективные эксимерные лазеры (в частности, KrF и XeF), в то время как для красителей с длиной волны излучения более чем 550—600 нм предпочитают использовать вторую гармонику Nd YAG-лазера в режиме модуляции добротности (Х = 532нм), а также зеленое или желтое излучение лазера на парах меди, [c.393]

Лазерную генерацию на основе вынужденного рекомбинационного излучения в полупроводниковых р — л-переходах наблюдали почти одновременно четыре группы исследователей в 1962 г. [29—32], причем три из них использовали GaAs. [c.402]

В заключение данного раздела укажем наиболее привлекательные свойства ЛСЭ 1) возможность широкой перестройки частот излучения 2) прекрасное качество пучка, близкое к дифракционному пределу, а в перспективе и 3) очень высокий КПД, а следовательно, и очень высокая мощность лазерной генерации (средняя мощность электронного пучка Станфордского линейного ускорителя равна примерно 200 кВт). Однако ЛСЭ принципиально являются громоздкими и дорогими установками, [c.433]

Методы классической спектроскопии высокой разрешающей силы с ИФП позволяют получать информацию о параметрах хаотического и направленного движения атомов [34], изотопическом смещении [7, 25], изучать весь спектр одновременно, работать в областях спектра, где лазерная генерация отсутствует. Их применение не связано с каким-либо воздействием на исследуемый объект. Этот метод, как будет показано ниже, в некоторых случаях позволяет даже исследовать структуру спектральных линий, скрытую под допплеровским контуром, причем одновременно определять и параметры последней. Простота и применимость к широкому кругу задач и объектов исследования делают метод классической спектроскопии высокой разрешающей силы с ИФП по-прежнему одним из основных методов извлечения информации из контуров спектральных линий. [c.103]

Таким образом, с учетом реальных расстояний и времени жизни энергетических уровней ионов неодима в АИГ-матрице образуется близкая к идеальной четырехуровневая схема лазера (см. рис. В.1, 1.7, 1.8). В качестве уровней накачки 4 служат все вышележащие уровни, начиная с Метастабильным верхнилс уровнем рабочего перехода 3 может быть уровень -Fa/2, расщепленный на два подуровня / i(B) — 11 423 см и i 2(A) — 11507 см В качестве нижнего уровня 2 рабочего перехода может служить любой из уровней мультиплетов " /ц/2, 1 ыч- И наконеи, основной уровень — это совокупность подуровней нижнего мультиплета /9/2. Следовательно, лазерная генерация по четырехуровневой схеме, в принципе, может идти по целой гамме каналов, образованных разными штарковскими подуровнями мультиплетов. Однако практическое значение имеет лишь малое число таких каналов (реально три), так как остальные имеют низкую эффективность генерации. [c.21]

Смотреть страницы где упоминается термин Лазерная генерация : [c.240] [c.663] [c.52] [c.252] [c.291] [c.327] [c.332] [c.334] [c.337] [c.340] [c.342] [c.359] [c.366] [c.406] [c.408] [c.457] [c.550] [c.553] [c.318] [c.153] [c.19]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...