Насыщение усиления

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]

Рассмотрим теперь явление насыщения усиления, возникающее под действием сильного светового поля. [c.289]

Рис. 109. Насыщение усиления активной среды (1—к°(т) 2—к )) а—при однородном уширении линии, б — при наличии неоднородного уширения

Величина коэффициента усиления при стационарной генерации устанавливается вследствие явления насыщения усиления. Выше мы видели ( 3), что оно носит разный характер при однородном и неоднородном уширении спектральной линии рабочего перехода, вследствие чего спектральные свойства генерации оказываются различными, см. рис. 111. Здесь взят наиболее типичный случай, когда ширина атомной линии значительно превышает расстояние между соседними продольными модами резонатора. Для простоты предположено, что в ОКГ выделена одна поперечная мода. В случае однородного уширения (а) стационарная генерация осуществляется только на той продольной моде, которая ближе всего расположена к центру атомной линии vq. На других модах генерация не возникает, так как коэффициент усиления оказывается ниже уровня потерь. Если имеется неоднородное уши-рение (б), то генерация происходит на всех продольных модах, для которых К° ) Кп- [c.292]

При исследовании явления насыщения усиления мы рассматривали взаимодействие среды с бегущими световыми волнами. В действительности, при достаточно высоких коэффициентах отражения зеркал, поле в резонаторе может быть близко к стоячей волне. Если подвижность атомов ограниченна (например, в твердых телах), то инверсная населенность и коэффициент усиления в узлах стоячей волны будут больше, чем в пучностях. Поскольку для разных продольных мод положения узлов различны, то и при однородном уширении каждая из них использует в какой-то мере свой запас инверсной населенности. Это может привести к тому, что и в случае однородного уширения генерация лазера будет [c.292]

Быстрое изменение добротности резонатора, или, как говорят, модуляцию добротности, можно осуществить различными методами. Одним из наиболее распространенных и удобных методов является применение насыщающегося фильтра. Насыщающийся фильтр представляет собой кювету с раствором красителя, который способен поглощать излучение лазера. В обычном состоянии фильтр имеет малый коэффициент пропускания - 10—15% и, будучи помещен в резонатор, сильно ухудшает его добротность. Под действием достаточно мощного излучения значительная часть молекул красителя может перейти в возбужденное состояние, вследствие чего коэффициент поглощения красителя уменьшается. Это явление — насыщение поглощения и просветление среды — имеет ту же природу, что и явление насыщения усиления (см. стр. 289). [c.298]

Насыщение усиления однородно уширенная линия [c.77]

ЭТОМ форма линии поглощения для различных значений /(v) изменится так, как показано на рис. 2.19. Мы видим, что с увеличением /(v) в линии поглощения образуется провал на частоте v. Ширина этого провала того же порядка, что и ширина отдельных линий поглощения, представленных на рис. 2.18 в виде штриховых кривых, т. е. порядка ширины однородно уширенной линии. Аналогичные соображения применимы и к рассмотрению не поглощающего, а чисто усиливающего перехода. В этом случае действие насыщающего пучка будет выражаться в образовании провалов, но в контуре линии усиления, а не поглощения. Заметим также, что подобные рассуждения могут быть применимы при исследовании поглощения и насыщения усиления, вызванного световым импульсом достаточно высокой интенсивности. [c.80]

Лазер иа Nd YAG (Х=1,06 мкм) действует по четырехуровневой схеме. Сечение перехода в максимуме линии составляет 0р = 3,5-1О- см , а время жизни Т = 0,23 мс. Вычислите интенсивность насыщения усиления. [c.105]

Поскольку Ts = 0,534 Дж/см , а Г х = 0,321 Дж/см= , выходной поток, согласно (8.33), равен Г = 2,33 Дж/см ". Выходная энергия вых = 736 мДж, насыщенное усиление G = 7,36, а извлекаемая доля запасенной энергии равна примерно 83 %. [c.547]

На рис. 8.6 показана зависимость G /G от G r , характеризующая насыщение усиления при нескольких значениях G . Насыщенное усиление понижается в 2 раза (или на 3 дБ), когда G r 1. Это условие удовлетворяется, когда мощность усиленного сигнала начинает приближаться к начальной мощности накачки Рд. Отметим, что Рд является хорошей мерой мощности насыщения в ВКР-усилителях. Поскольку обычно Рд I Вт, мощность насыщения в ВКР-усилителях много больше, чем а полупроводниковых лазерных усилителях ( 1 мВт) [71]. [c.230]

ИСТОЩЕНИЕ НАКАЧКИ И НАСЫЩЕНИЕ УСИЛЕНИЯ [c.263]

При неоднородном уширении насыщение усиления на частоте (или частотах) генерации не приводит к пропорциональному уменьшению числа возбужденных атомов, ответственных за усиление на других частотах. Поэтому здесь число спонтанных переходов, а с ним и величина pi оказываются, при прочих равных условиях, большими, чем в случае однородного уширения. [c.193]

Наконец, при соотношении сечений пучков 2 1 наблюдались лишь сателлиты очень малой интенсивности. Удалось четко разделить два порога. Очевидно, что в этом случае влияние насыщения усиления обеспечивает более благоприятный режим, отличающийся малыми вероятностями срыва режима формирования импульсов и установления режима двойных импульсов. Таким образом, экспериментально были показаны сильная зависимость синхронизации мод от отношения действующих сечений активной среды и поглотителя, а также благоприятная роль насыщения усилителя при селекции основного импульса. При этом оказалось, что режим, при котором разность между двумя порогами по интенсивности максимальна, оптимален с точки зрения повторяемости формы пикосекундных импульсов и обеспечения высокого контраста. Этот режим может быть реализован лишь в том случае, когда потери для моды ТЕМоо существенно ниже потерь для поперечных мод более высокого порядка. [c.267]

Для неоднородно уширенной линии характерно образование провалов, или насыщение усиления. Провал появляется, когда насыщающая мощность ограничена интервалом частот, меньшим, чем полная неоднородная ширина линии [16 [c.238]

НАСЫЩЕНИЕ УСИЛЕНИЯ И ИСКАЖЕНИЕ ИМПУЛЬСА В УСИЛИТЕЛЯХ ЛАЗЕРНЫХ ИМПУЛЬСОВ [c.261]

Явление насыщения усиления было рассмотрено выше для простого случая, когда генерация осуществляется на одной частоте. В Не—iNe-лазере, за исключением пороговой области, в генерации обычно участвует несколько продольных мод и часто также несколько поперечных мод. При длине резонатора 1 м частотные интервалы между соседними модами невелики, вследствие чего происходит значительное перекрытие провалов на кривой коэффициента усиления. Это соответствует случаю так называемого квазиоднородного насыщения усиления. Теоретическое рассмотрение насыщения усиления при этом оказывается достаточно сложным. Однако общий характер зависимости коэффициента усиления от плотности излучения остается неизменным. Если принять, что мощность насыщения Рц остается постоянной независимо от условий возбуждения активной среды, Рн = onst, то можно по-казать, что средняя мощность излучения в резонаторе ОКГ Р зависит от отношения К°1Кп [c.305]

Рис. 5.21. Насыщение усиления в газовом лазере с доплеровски уширенным переходом.

Множитель 2, стоящий в квадратных скобках этого выражения, учитывает то обстоятельство, что обе волны насыщают теперь одну и ту же группу атомов. Следовательно, в данном случае должна быть более глубокая дырка (ср. рис. 5.22, а и 5.22, б), это и является фундаментальной причиной появления провала в центре спектра выходной мощности. Действительно, в рассмотренных двух случаях выходную мощность можно получить из условия, что насыщенное усиление на длине активной среды g должно быть равно потерям резонатора у. Поскольку Р = 1АТ2 (см. рис. 5.21), из выражений (5.67) и (5.68) для обоих случаев находим соответственно [ср. с (5.33)] [c.277]

Выражения (В,25а) и (В.27) вместе дают полное решение рассматриваемой задачи. Заметим, что соотношение (В.25а) означает, в приближении Г Г, равенство порога генерации в режиме синхронизации мод насыщенному усилению в непрерывном режиме gt, которое равно потерям в резонаторе. Заметим также, что в соответствии с (В.27а) импульс не имеет частотного сдвига. Выражение (В.276) вместе с (В.2) определяет длительность импульса. Полагая Vm = С0т/2л и Avo = Лсоо/2я, иаходнм [c.540]

Приближенное выражение для насыщенного усиления ВКР-усили-теля можно получить, аналитически решая уравнения (8.1.2) и (8.1.3) в предположении равенства потерь для накачки и сигнала (а = а ). В результате получим [c.229]

Экспоненциальный рост наблюдается, только если мощность сигнала остается ниже уровня насыщения. Характеристики насыщения волоконных ВРМБ усилителей показаны на рис. 9.3. Насыщенное усиление понижается на 3 дБ, когда [c.274]

В первом эксперименте [6] по параметрическому усилению в световодах фазовый синхронизм был обусловлен использованием многомодового световода. Пиковая мощность импульсов накачки на длине волны 532 нм составляла 100 Вт, а длина волны непрерывного сигнал мощностью 10 мВт перестраивалась вблизи 600 нм. Усиление было небольшим из-за малой длины световода (9 см). В недавнем эксперименте [14] использовалась накачка на длине волны 1,319 мкм, лежащей недалеко от длины волны нулевой дисперсии, что и обусловило выполнение условия синхронизма (см. рис. 10.7). При пиковой мощности импульсов накачки в пределах 30 - 70 Вт измерялась мощность усиленного непрерывного сигнала на длине волны 1,338 мкм на выходе световода длиной 30 м. На рис. 10.11 показано усиление как функция мощности накачки Pq при трех значениях входной мощности сигнала Р . Отклонение от экспоненциальной формы кривой обусловлено насыщением усиления вследствие истощения накачки. Отметим также, что существенно падает при увеличении мощности сигнала от 0,26 до 6,2 мВт. При мощности накачки Р = 70 Вт усиление сигнала мощностью 0.26 мВт составило 46 дБ. Эта цифра говорит о потенциальной возможности использования волоконных световодов в качестве параметрических усилителей при выполнении условия фазового синхронизма. Контролировать выполнение этого условия при заданных частотах накачки и сигнала удобно с помощью двулучепреломляющего световода, в котором двулучепреломление меняется при воздействии внешнего [c.305]

Поэтому в широкоапертурных лазерах с допустимой величиной потерь порядка 20 % и более уже вполне могут использоваться двухзеркальные неустойчивые резонаторы. Переход к неустойчивым резонаторам усложняет выбор величины потерь на излучение. Ведь при выводе излучения через полупрозрачное выходное зеркало, что типично для устойчивых и плоских резонаторов, варьирование коэффициента пропускания зеркала (а с ним и потерь) вызывает лишь незначительные изменения структуры генерируемого излучения за счет явлений насыщения усиления (напомним, что модовая структура резонатора с фиксировашым распределением усиления по сечению от коэффициента отражения зеркал не зависит). Отсюда следует, что данный коэффициент может выбираться исходя только из изложенных в 3.4 соображений, касающихся энергетических характеристик. В случае же неустойчивых резонаторов с обычным для них дифракционным выводом для варьирования потерь нужно изменять конфигурацию резонатора, что оказьшает на структуру поля влияние, пренебречь которым уже нельзя. [c.206]

Среди спещ1фических свойств управляемых генераторов с малыми отверстиями связи вьщеляется чрезвычайно слабая зависимость эффективности от мощности управляющего сигнала. И это объяснить несложно известно, что относительные колебания мощности на выходе любого лазерного усилителя, работающего в квазистащюнарном режиме, благодаря насыщению усиления значительно меньше относительных колебаний мощности на его входе. Здесь же, из-за наличия нескольких проходов излучения по среде, данный эффект проявляется еще резче. [c.234]

Эффективная групповая длина Lэфф зависит от формы импульса накачки. В случае гауссовского импульса = L,. . Из (И) следует, что групповая расстройка приводит к насыщению усиления на длине г 21эфф. [c.138]

При последующих проходах наблюдается быстрое уменьшение длительности и значительный рост интенсивности генерируемого импульса, что связано с временной модуляцией усиления. Задержка относительно импульса накачки при этом практически не меняется. Затем, по мере насыщения усиления, вершина импульса генерации смещается ближе к импульсу накачки и рассогласовывается с максимумом усиления. Этот процесс приводит к стационарному режиму, когда рост коэффициента усиления за счет накачки компенсируется его убылью за счет импульса генерации. Такое изменение во времени коэффициента усиления активной среды и задержки подробно исследовалось [c.256]

Рис. 7.3. Зависимости вероятностей срыва режима формирования импульсов (кривые а) н установления режима двойных импульсов (кривые б), рассчитанные с учетом насыщения усиления от скорости накачки Р. Штриховые линии (кривые в) представляют вероятность установления режима двойных импульсов, рассчитанные без учета насыщения усиления. Параметры м=6 не кривая 1-. апор=0,5, Хо=0,3 кривая 2 апор=0,9, щ=0,7. В расчете были использованы параметры рубинового лазера (а) и лазера на стекле с неодимом (б). Параметры лазеров и поглотителей см. в табл. 7.1. (По [7.13].)

В случае аномальной дисперсии (Dl>0) лазерный импульс распространяется при z>Ls в практически невозбужденной среде. Поэтому при длине z=Lsl2 имеет место насыщение усиления. Согласно (8.32), максимальный коэффициент усиления в этом случае при r =XL, z = Lsl2 равен [c.297]

Если импульс лазера промодулирован по фазе, то это является причиной снижения коэффициента усиления при вынужденном комбинационном рассеянии в диспергирующей среде. При большой модуляции насыщение усиления может наблюдаться и в среде с нормальной дисперсией. В качестве примера мы рассмотрим случай постоянного чирпа и представим амплитудную функцию вблизи максимума в следующей форме [c.297]

Для измерения усиления методом усилителя необходима ап паратура, которая позволила бы расширить методику, применяемую в случае лазеров непрерывного действия, с учетом того, что усиление зависит от времени. При методе усилителя входной и выходной сигналы подаются на осциллограф. Ослабленный соответствующим образом выходной импульс можно задержать оптическим методом, заставив луч после отражения пройти расстояние 20—30 м (в случае лазеров с малой длительностью импульса), а затем подать на ту же самую развертку, что и входной импульс. При длительности импульсов в 1 мксек и больше можно пользоваться методом динамического нуля. Соответствующим образом ослабленный сигнал от луча, выходящего из усилителя, вычитается из сигнала от входного луча, и их разность подают на осциллограф. Тогда за изменением насыщения усиления во времени можно наблюдать по временной зависимости отклонения сигнала от нуля. Сумма значений оптического и электронного ослабления, при которых отклонение равно нулю, дает усредненное по диаметру трубки усиление на один проход. [c.245]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...