Лазерная генерация возникновение

Согласно положениям синергетики (гл. 13), которая исследует закономерности, общие для различных научных дисциплин, возможны далеко идущие аналогии в поведении совершенно различных систем независимо от природы их составных частей. Эти аналогии становятся особенно отчетливыми в тех случаях, когда качественно меняется макроскопическое поведение системы. В физике лазеров примером таких качественных изменений может служить возникновение лазерной генерации с ростом параметра накачки и возникновение детерминированного хаоса . В гидродинамике известен не только переход к турбулентности, который описывается моделью Лоренца. И теоретические и экспериментальные исследования показывают, что здесь может проявиться целая иерархия различных неустойчивостей, прежде чем будет достигнуто хаотическое состояние. [c.211]

Атомная инверсия есть разность населённостей двух атомных уровней. Позтому она играет важную роль в теории лазера. Если величина X положительна, атом с большей вероятностью находится в возбуждённом состоянии, чем в основном. Для ансамбля атомов это означает, что большее число атомов будет в возбуждённом, а не в основном состоянии. Это есть обычное условие возникновения лазерной генерации. Однако недавно были предложены лазеры без инверсии. К вопросу об инверсии мы еш,ё вернёмся в гл. 18. [c.495]

Рассмотрим теперь критерий возникновения лазерной генерации в более строгой форме. Начнем с построения модели одномерного лазера (рис. 5,4). Прежде всего эта модель включает в себя активную среду, помещенную между двумя плоскопараллельными зеркалами (резонатор Фабри — Перо). Пусть коэффициент отражения по амплитуде волны полностью отражающего зеркала равен гг, а полупрозрачного (выходного) зеркала равен г, и пусть коэффициент пропускания по амплитуде последнего зеркала есть Предположим, что спонтанное излучение дает всплеск электромагнитного поля вблизи полностью отражающего зеркала. Проходя между двумя зеркалами туда и обратно, эта электромагнитная волна усиливается (если эффективный коэффициент усиления а положительный) и претерпевает сдвиг фазы к(=2п/Х) на единице пройденного пути. [c.171]

Рис. 5.4. Модель, используемая при выводе критерия возникновения лазерной генерации в активной среде внутри плоскопараллельного резонатора Фабри — Перо. (Амплитуда о представляет собой амплитуду начальной спонтанно излученной волны, величина Р = а/2 -Ь к — комплексный коэффициент усиления амплитуды.)

Модуляция добротности может применяться в большинстве мощных лазеров, у которых время жизни лазерного уровня сравнимо с длительностью периода накачки, поскольку в таких системах энергия запасается за счет создания инверсии населенностей. Это достигается за счет того, что вначале потери резонатора делаются очень большими. Это предотвращает возникновение лазерной генерации и позволяет перевести значительную долю энергии накачки в энергию инверсии населенностей. Затем в подходящий момент (в идеале — когда инверсия населенностей достигает насыщения) потери резонатора резко снижаются (т. е. резко увеличивается добротность резонатора [c.185]

Имеются, однако, более сложные формы волн, которые также относятся к самовоспроизводящимся и, как таковые, являются возможными поперечными модами резонатора. Необходимость существования поперечных мод обусловлена тем, что любой реальный резонатор имеет конечные поперечные размеры и что вследствие дифракционных потерь решения в виде плоских волн, рассмотренные в теории резонатора Фабри-Перо (разд. 5.3, где получен критерий возникновения лазерной генерации), являются лишь приближенными и справедливыми только вблизи оптической оси резонатора (оси г). [c.196]

Рис. 5.33 К условиям возникновения лазерной генерации на небольшой части кривой флюоресценции.

Использование в оптическом эксперименте лазерных источников света привело к открытию ряда явлений, не совместимых с принципом линейности. Практически одновременно с созданием первых лазеров были обнаружены такие нелинейные оптические явления, как генерация гармоник, сложение и вычитание частот световых потоков, вынужденное комбинационное рассеяние света, двухфотонное поглощение. Было ясно также, что сам лазер — это оптическая система, в которой важную роль играет эффект насыщения усиления света активной средой. Все это стимулировало бурное развитие теоретических и экспериментальных исследований нелинейного взаимодействия света с веществом, разработку методов практического использования нелинейных оптических явлений в науке и технике и привело, в частности, к возникновению нелинейной оптики. [c.298]

Исходным лазерным материалом являются кристаллы фторидов и хлоридов щелочных металлов, а также фториды кальция и стронция. Используются также кристаллы с примесью. Воздействие на кристаллы ионизирующих излучений (v-квантов, электронов высоких энергий, рентгеновского и коротковолнового ультрафиолетового излучений) или прокалка кристаллов в парах щелочного металла приводит к возникновению точечных дефектов кристаллической решетки, локализующих на себе электроны или дырки. Стимулированное излучение возникает на электронно-колебательных переходах в таких образованиях. Схема генерации центров окраски аналогична схемам лазеров на красителе. [c.957]

Из приведенного выше рассмотрения вполне разумно ожидать, что лазеры, в которых используются красители, могут генерировать на длинах волн в области спектра флуоресценции. Действительно, быстрая безызлучательная релаксация внутри возбужденного синглетного состояния 5i приводит к очень эффективному заселению верхнего лазерного уровня, а быстрая релаксация внутри основного состояния — к эффективному обеднению нижнего лазерного уровня. Следует также заметить, что в области длин волн флуоресценции раствор красителя достаточно прозрачен (т. е. соответствующее сеченне поглощения а невелико см., например, рнс. 6.29). Фактически же первый лазер на красителях был запущен поздно (в 1966 г.) [24, 25] относительно времени, с которого началось общее развитие лазерных устройств. Рассмотрим некоторые причины этого. Во-первых, это очень короткое время жизни т состояния 5i, поскольку мощность накачки обратно пропорциональна т. Хотя такой недостаток частично компенсируется большой величиной сечения перехода, произведение ах [напомним, что пороговая мощность накачки пропорциональна (ат) см. (5.35)] все же остается примерно на три порядка величины меньше, чем для твердотельных лазеров, таких, как Nd YAG. Вторая трудность обусловлена синглет-триплетной конверсией. Действительно, если тг ksT то молекулы будут накапливаться в триплетном состоянии, что приведет к поглощению за счет перехода 7 i->-7 2 (который является оптически разрешенным). К сожалению, это поглощение происходит, как правило, на длине волны флуоресценции (см., например, опять-таки рис. 6.29), что приводит к серьезному препятствию для возникновения генерации. Можно показать, что именно поэтому непрерывную генерацию можно получить лишь в случае, когда тг меньше некоторого значения, определяемого свойствами активной среды из красителя. Чтобы получить этот результат, заметим прежде всего, что кривую пропускания флуоресценции красителя (рис. 6.29) можно описать с помощью сечения вынужденного излучения Ое. Таким образом, если N2 — полная населенность состояния 5ь то соответствующее усиление (без насыщения) на определенной длине волны, при которой рассматривается Ое, равно ехр(Ы2<Уе1), где / — длина активной среды. Предположим теперь, что Ыт населенность триплетного состояния Гь Тогда генерация будет происходить при условии, что усиление за счет вынужденного излучения больше потерь, обусловленных триплет-триплетным поглощением, т. е. , [c.392]

В диагностике как динамики, так и качества восстановления кристаллической структуры при импульсном лазерном отжиге с успехом может применяться нелинейно-оптический метод, основанный на генерации второй гармоники при отражении от поверхности [7]. В случае центросимметричных кристаллов источником возникновения в приповерхностном слое сигнала ВГ является квадрупольная нелинейная восприимчивость [c.231]

Тонкие диэлектрические пленки используются не только как пассивные элементы, предназначенные для передачи световых сигналов. Они применяются также как активные элементы (так называемые пленочные лазеры)-, кроме того, они используются для осуществления нелинейных взаимодействий световых волн — генерации оптических гармоник, параметрической генерации света, вынужденного комбинационного рассеяния света. В [73] отмечается, в частности, что использование тонкопленочных диэлектрических волноводов открывает путь к созданию миниатюрных лазерных устройств, оптических модуляторов, фильтров, параметрических генераторов и других элементов для систем связи с большой информационной емкостью, быстродействующих вычислительных устройств и для систем оптической обработки информации... Такая перспектива послужила основой для возникновения на стыке микроволновой техники и оптики новой области исследований — интегральной оптики . [c.245]

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]

Воздействие мощного лазерного излучения на плазму в режиме световой детонации в случае, когда световой поток и скорость распространения гидродинамической волны не успевают сильно измениться за время в течение которого волна проходит расстояние порядка своей ширины, было подробно рассмотрено в [1]. Однако в ряде имеющих практическое значение случаях возникает необходимость рассмотрения газодинамических процессов в плазме в противоположном предельном случае, а именно когда световой поток успевает существенно измениться за время Дл Такая ситуация возникает, в частности, когда на плазму воздействуют лазерным излучением, интенсивность которого промодулирована с СВЧ-частотой. Так, в ряде экспериментальных работ [2-4] исследовалась генерация СВЧ-токов, возникающих при воздействии на мищень промодулированного по амплитуде лазерного излучения. Возникновение промодулированных токов объяснялось в некоторых из этих работ (см., например, [2]) на основании газодинамических соотношений, полученных в [1] и без достаточных оснований распространенных на случай с промодулированной интенсивностью. [c.176]

Из выражения (5.28) следует, что / обладает сингулярностью, если оановременно выполняются следующие условия и М = пл., где п=, 2,. .., оо. Условия возникновения сингулярности как раз являются условиями возникновения лазерной генерации, причем эти два условия должны выполняться одновременно. Первое условие эквивалентно (5.15)—(5.16) и означает, что эффективный коэффициент усиления среды за проход должен быть равен коэффициенту потерь резонатора. Это условие также приводит к критическому значению Л с (5.19). Второе условие означает, что лазерная генерация ограничивается резонансными частотами п плоскопараллельного резонатора, а именно [c.173]

Ячейки Керра применяются и в лазерной технике при генерации гигантских импульсов . Для этой цели затвор Керра помещается между одним из зеркал резонатора и торцом рубина. При включении ячейки Керра самовозбуждение затрудняется, что приводит к увеличению разности заселенности уровней (т. е. возбужденных атомов), необходимых для возникновения генерации. Затем, выключив ячейку Керра, можно получить мощ1юе излучеиие — гигантские импульсы . Например, используя ячейку Керра, можно заставить вьтсветиться импульс света с энергией К) Дж, генерируемый в твердотельном лазере за время порядка 10 с при этом высвечивается мощность 10 Вт = 1 ГВт. [c.292]

В отличие от активных модуляторов добротности, у которых момент выключения потерь определяется в)1еш-ними факторами, включение добротности пассивными модуляторами полностью определяется плотностью излучения внутри резонатора и их оптическими свойствами. В качестве пассивных модуляторов (или пассивных затворов) могут использоваться просветляющиеся фильтры, пленки, разрушающиеся под действием излучения, полупроводниковые зеркала с коэффициентом отражения, зависящим от интенсивности света, органические красители и т. д. Особое место среди пассивных затворов занимают затворы на основе просветляющихся фильтров. Исключительная простота таких затворов в сочетании с высокими параметрами получаемых с их помощью моноимпульсов излучения обеспечила им весьма широкое распространение. В основе работы этих затворов лежит способность просветляющихся фильтров обратимо изменять коэффициент поглощения под действием интенсивных световых потоков. Введение в резонатор пассивного затвора (рис. 35.10) приводит к увеличению порогового уровня накачки, в результате чего к моменту начала генерации па метастабилышм уровне накапливается значительное число активных частиц. При возникновении генерации лазерное излучение, проходящее через затвор, резко уменьшает его потери и запасенная энергия излучается в виде мощного импульса. Длительность этого импульса почти такая же, как и в режиме мгновенного включения добротности. Применение этих затворов значительно упрощает конструкцию генератора и позволяет получить параметры выходного импульса, близкие к предельным. [c.284]

Теоретические расчеты ) и экспериментальные данные показывают, что основным фактором, мешающим возникновению генерации сложных молекул, является накопление частиц на метастабильном (триплетном) уровне. Если в рубине наличие метастабильного уровня обеспечивает возможность генерации, то у красителей этот уровень играет отрицательную роль. Неоптические переходы 5 ->-7 1 мешают накоплению частиц на основном лазерном уровне 5] и тем самым уменьшают значение коэффициента усиления. Кроме того,- существенна роль триплет-триплетного поглощения Т Т2. Ввиду этого под действием внешнего излучения в растворе не только появляется способность к усилению, но и возникают дополнительные потери. Если коэффициент поглощения в канале превышает коэффициент усиле- [c.293]

Прежде чем продолжить обсуждение, следует подчеркнуть, что когда мощность накачки превышает пороговую даже на весьма скромную величину, число фотонов qo в резонаторе обычно уже очень велико. В качестве примера рассмотрим числовые значения, соответствующие одномодовому непрерывному Nd YAG-лазеру (см. также разд. 5.3.6) Ле = 0,5 мм , y = 0,12, а = 3,5-10 м и т = 0,23 мс. Если положить L = 50 см, то получим Тс л 14 НС и из (5.32) имеем qo Ю [(Рр/Рпор) — 1]. Таким образом, даже если мы выберем Яр/Япор = 1,1, то будем иметь около 10 ° фотонов в резонаторе. Это означает, что в уравнении (5.1г) сразу за порогом член УаВ (q-j-1)JV2, описывающий как вынужденное, так и спонтанное излучение, вне всякого сомнения можно аппроксимировать выражением VaBqNi, что мы и делаем в настоящем рассмотрении. Это также означает, что число фотонов в установившемся режиме q весьма нечувствительно к выбранному нами конкретному значению числа начальных фотонов в резонаторе qt в момент времени / = О, которые необходимы для возникновения генерации. Как мы увидим в разд. 5.3.7, эта нечувствительность оказывает сильное влияние на выходные свойства лазерного пучка. [c.248]

Естественно, что если речь идет о субнаносекундных и пикосекундных акустических импульсах, возбуждение должно осуществляться сверхкороткими лазерными импульсами. Последнее, однако, ни в коей мере не гарантирует еще получения близкого по длительности к лазерному акустического импульса. Имеется много причин, приводящих к растяжению последнего, поэтому типична ситуация, когда Тз>Ти. Следует подчеркнуть также характерную черту когерентных импульсов деформации, возникающих при опто-акустических взаимодействиях. Возникновение акустического импульса является, по существу, результатом детектирования ( выпрямления ) светового импульса — ситуация, во многом аналогичная таковой при генерации мощных инфракрасных импульсов за счет оптического детектирования сверхкоротких импульсов в среде с квадратичной нелинейностью ( 3.5). Поэтому возникающий акустический импульс — это видеоимпульс, импульс длительностью в один период, имеющий много общего с импульсом черепковского излучения когерентного сгустка нелинейной поляризации. [c.160]

Модуляция добротности. Путем модуляции добротности резонатора можно получить лазерные импульсы значительно более короткие, чем импульсы накачки. В начале процесса накачки поддерживается малая добротность резонатора. Для этого можно воспользоваться установкой вращающегося зеркала, применением элек-трооптического или магнитооптического затвора, а также введением в среду насыщаемого поглотителя. При малой добротности порог остается достаточно высоким, и до возникновения генерации создается большая инверсия, причем может быть накоплена большая энергия. (Предпосылкой эффективности механизма является относительно большое время жизни активной среды на верхнем лазерном уровне, так как это время жизни определяет интегральное время накопителя.) После начала генерации добротность активно (внешнее влияние затвора) или пассивно (просветление насыщаемого поглотителя под действием лазерного излучения) быстро повышается. Возрастание добротности влечет за собой превышение порога над значением, определяемым условием (В1.11-6), благодаря чему в течение короткого времени происходит нарастание мощности излучения и быстрая отдача накопленной энергии. Таким способом могут быть получены короткие импульсы с) [c.32]

При создании определенного количества химически активных центров этот цепной процесс может стать достаточно быстрым, так что будет обеспечено условие возникновения генерации на переходах в молекулах НР. Поскольку упомянутое определенное количество химически активных центров сохраняется (воспроизводится) в цепном процессе, появляется возможность за счет многократного использования некоторого количества воспроизвсдимых химически активных центров вовлечь в реакцию огромное число молекул На и Ра и создать тем самым много лазерно активных центров НР. В этом случае можно превратить в когерентное оптическое излучение настолько большой запас химической энергии, содержащейся в смеси Ра + На, что он [c.70]

В предыдущих главах были представлены разнообразные свойства ДГС-лазеров. В 4 настоящей главы приведены экспериментальные свойства, такие, как плотность порогового тока и излучательные характеристики. Получено хорошее согласие между плотностью порогового тока при комнатной температуре, вычисленной без использования подгоночных параметров, и экспериментальными значениями. (Расчет коэффициента усиления для GaAs был дан в гл. 3.) В этом параграфе будет дано краткое обсуждение причин возникновения каналов генерации в лазерах. Во всех лазерах с широким контактом стимулированное излучение возникает в локализованных областях с размерами порядка 10 мкм. Эти области называются каналами генерации. Они приводят к большим вариациям мощности оптического излучения по зеркальной грани лазерного диода. [c.182]

Для получения сверхкоротких мощных лазерных импульсов применяются затворы в виде кювет, наполненных р-ром спец. красителей, быстро (и обратимо) просветляющихся (выцветающих) под влиянием излучения активной среды. Такой затвор, помещённый в резонатор Л., нарушает обратную связь. Импульс возбуждения вызывает накопление энергии в активной среде и возникновение сверхлюминесценции. Интенсивность хаотич. импульсов сверхлюминесценции быстро возрастает. Когда один из них окажется достаточно мощным, чтобы вызвать просветление затвора, возникает лавинообразное развитие генерации. При этом фазы генерации всех мод резонатора оказываются взаимно связанными так, что все генерируемые волны складываются, образуя сверхкороткий импульс, длительность к-рого может составлять всего единицы и даже доли не. Энергия, забираемая таким импульсом из активной среды, обычно составляет лишь малую долю запасённой в среде энергии, поэтому первый импульс, отразившись от зеркал резонатора, многократно пробегает между ними, образуя последовательность сверхкоротких импульсов, следующих один за другим через время, определяемое размерами резонатора (временем двойного пробега светового импульса между зеркалами). Применяя дополнит, устройства, удаётся выделить один из сверхкоротких импульсов. [c.340]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...