Оптические резонаторы добротность

Величина f называется относительными потерями энергии или, сокращенно, потерями. Вместо величины / иногда оперируют с добротностью резонатора Qr. Под добротностью колебательной системы понимают отношение энергии, запасенной в системе, к энергии, выходящей из системы за один период колебаний 2.л/со. Легко показать, что для оптических резонаторов добротность, определенная таким образом, связана с потерями / соотношением [c.781]

Как нетрудно понять, изменение ориентации призмы изменяет добротность оптического резонатора. Поэтому описанный метод формирования коротких мощных импульсов получил наименование модуляции добротности оптического резонатора. Лазеры, работающие в таком режиме, называются лазерами с модулированной добротностью. Соответственно условия работы лазера с неизменной во времени добротностью называют режимом свободной генерации. [c.790]

Принцип работы лазера в режиме модуляции добротности состоит в следующем. Допустим, что внутрь оптического резонатора помещен затвор. Если затвор закрыт, то генерация не возникает и, следовательно, инверсия населенности может достигнуть очень высокого значения. При достаточной мощности накачки на метастабиль-ном уровне можно накопить почти все частицы активного вещества. Однако условие генерации выполняться не будет, так как потери резонатора слишком велики. Если быстро открыть затвор, то усиление в лазере будет существенно превышать потери и накопленная энергия выделится в виде короткого интенсивного импульса света. Поскольку в данном случае добротность резонатора изменяется от низких до высоких значений, то такой режим называется режимом модуляции добротности резонатора. При быстром открывании затвора (за время, которое короче времени развития лазерного импульса) выходное излучение состоит из одного гигантского импульса. При медленном же открывании затвора может генерироваться много импульсов. [c.283]

Для управления добротностью оптического резонатора применяют различные устройства, которые можно разделить на два класса активные и пассивные. К пер- [c.283]

Таким образом, генерация на линии У ) предотвращает достижение порога самовозбуждения на линии / 2- Генерация на линии / 2 в рубине может быть получена в том случае, когда добротность оптического резонатора для нее значительно больше, чем для линии [c.286]

Понятие добротности для оптического резонатора вводится так же, как и для любой другой колебательной системы это есть умноженное на 2я отношение энергии поля в резонаторе к энергии, теряемой за период световых колебаний. [c.298]

В простейшем случае оптического резонатора, образованного двумя плоскими зеркалами, расположенными на расстоянии I друг от друга, наибольшую добротность имеют аксиально симметричные типы колебаний. Электромагнитное поле таких колебаний медленно меняется в направлении, параллельном зеркалам, что позволяет ограничиться рассмотрением одномерной задачи, в кото- [c.360]

Добротность оптического резонатора, если пренебречь поглощением среды, заполняющей резонатор, определяется формулой [c.14]

Наибольшей чувствительностью к е" и точностью определения обладают резонансные методы, где измеряются изменения добротности Q и собств, частоты резонатора при помещении в него исследуемого образца. Резонаторами служат L -контуры (v 10 —10 Гц. рис. 5), объёмные резонаторы (v 10 —10 Гц, рис. 6) и начиная с Гц — оптические резонаторы. При [c.701]

Таким образом, добротность резонатора равна отношению резонансной частоты V к ширине линии резонатора Av . Для конкретных значений Тс=150 не и v = 5-10 Гц (Х = 0,б мкм) получаем Q =4,7-10 . Следовательно, в течение одного цикла колебания оптический резонатор теряет небольшую долю энергии [c.187]

Для управления добротностью оптического резонатора применяются различные методы механические, электрические, пассивные и т. д. [39]. На рис. 4.4 изображены наиболее типичные схемы лазеров с управляемой добротностью резонатора. [c.162]

В оптическом резонаторе возникают различные потери. Для появления генерации необходимо, чтобы они были меньше, чем прирост мощности при прохождении света через активную среду. Для оценки резонатора с точки зрения вносимых им потерь применяется понятие добротности . Добротность резонатора зависит от пропускания зеркал, дифракционных потерь, параллельности зеркал, качества отражающих поверхностей и т. п. [c.130]

Несмотря на очевидность этих условий, визуальная проверка их выполнения не всегда осуществима (например, в инфракрасном диапазоне). Первое условие может нарушаться из-за шероховатости поверхности, наличия на ней просветляющей пленки. Второе условие не выполняется, если имеется угол между поверхностями пластинки при этом происходит пространственное разделения пучков, отраженных от двух поверхностей. Третье условие может нарушаться, если материал пластинки вращает плоскость поляризации света. Четвертое условие нарушается особенно часто, его проверка (при выполнении первых трех) проводится только путем регистрации интерферограммы. Если при нагревании растет поглощение света пластинкой, происходит уменьшение добротности оптического резонатора при этом условия наблюдения интерферограммы ухудшаются вплоть до полной неразличимости полос (этот случай типичен для полупроводниковых кристаллов). [c.136]

Уменьшение доли поглощаемой мощности с увеличением интенсивности света, т. е. просветление нелинейной поглощающей среды прн прохождении сильных световых пучков, нашло применение в лазерной технике, где оно используется для модуляции добротности оптических резонаторов с целью генерации сверхкоротких мощных импульсов (см. 9.4). Ячейка с нелинейной поглощающей средой представляет собой автоматический затвор, открывающийся под действием мощного светового пучка. Очень важно, что такой затвор обладает малой инерционностью, так как после прохождения мощного светового импульса среда быстро становится снова непрозрачной для слабого света. [c.479]

Свойство оптического резонатора сохранять энергию электромагнитных колебаний принято (так же, как для любой резонансной колебательной системы) характеризовать добротностью. Добротность резонатора определяется отношением средней накопленной в резонаторе энергии к величине потерь энергии за период световых колебаний AWт [c.22]

Принцип работы оптических резонаторов (рис. 6.1) ничем не отличается от аналогичных устройств СВЧ-диапа-зона. Однако имеются конструктивные отличия, что обусловлено рабочими длинами волн. Так, если объемные резонаторы СВЧ-диапазона имеют линейные размеры, соизмеримые с рабочей длиной волны, то размеры оптических резонаторов на много порядков больше рабочей длины волны. Отсутствие боковых стенок у оптического резонатора открытого резонатора) приводит к существенному уменьшению числа типов колебаний с высокой добротностью. Поскольку размеры резонатора существенно превышают длину волны, то, казалось бы, для описания структуры поля в резонаторе можно воспользоваться геометрической оптикой. Это справедливо в тех случаях, когда дифракционные эффекты не существенны. Строгий анализ показал, что геометрооптическое описание дает правильные результаты, если конфигурация резонатора находится вдали от границы устойчивости (см. ниже) и параметр Френе- [c.36]

Оценим величину добротности оптического резонатора. По определению, добротность равна отношению энергии, запасенной системой, к теряющейся за период колебаний. Поэтому для оценки добротности будем исходить из соотношения [c.45]

Оптический резонатор обладает определенной добротностью, которая связана с потерями в резонаторе. Чем больше потери, тем меньше живет фотон внутри резонатора. Потери связаны с поглощением и рассеянием излучения в активной среде, с дифракцией излучения на ограничивающих апертурах, возможной некоторой разъюстировкой зеркал (вредные потери), а также с частичной прозрачностью зеркал резонатора (полезные потери). [c.129]

Колебательные системы (например ЬС-контуры, микроволновые и оптические резонаторы) обычно характеризуют добротностью [c.111]

Мы рассмотрим этот параметр, используя величины, удобные с точки зрения понимания принципов действия оптических резонаторов лазера. Возьмем резонатор с такими размерами, которые необходимы для поддержания колебаний в частотном интервале центральной частоты Урез в одной из его мод. Добротность резонатора можно определить несколькими способами, эквивалентными для больших величин Q [c.111]

Добротность оптического резонатора будет подробно обсуждаться в 2.3. [c.100]

Активная модуляция добротности может быть использована для получения импульсов длительностью несколько микросекунд при частоте повторения в несколько килогерц. Для получения большой инверсии населенности при выключенном оптическом резонаторе используется оптическая накачка. Например, одно из зеркал может вращаться таким образом, что резонатор образуется только когда два зеркала параллельны и имеет место многократное отражение. Это должно происходить при иике инверсии населенности, когда энергия, запасенная в активной среде, быстро разряжается и формируется короткий импульс излучения. [c.409]

Интерферометр Фабри —Перо можно рассматривать и как резонатор высокой добротности плотности (см. 5.7). Теперь, когда введено понятие разрешающей силы, нетрудно уточнить эту связь между оптическими и радиофизическими представлениями. По-видимому, Г.(]. Горелик одним из первых указал на эквивалентность понятий добротности и разрешающей силы. [c.324]

Значительно более быструю модуляцию добротности резонатора можно осуществлять, используя электрооптические затворы (см. 152). Действие этих затворов основано на практически безынерционном изменении или возникновении оптической анизотропии некоторых жидкостей и кристаллов под действием электрического поля. Относящийся к явлениям этого типа эффект Керра описан в 152. С этой же целью применяется и другое электрооптическое явление, так называемый эффект Поккельса, возникающий в кристаллах и столь же малоинерционный, как и эффект Керра. [c.790]

Теоретические трудности были связаны с формулами Эйнштейна. Было необходимо указать пути подавления спонтанного излучения, которое в оптике преобладало, найти вещества с подходящим набором уровней, рассчитать условия получения неравновесной системы и, наконец, изобрести резонатор высокой добротности для оптического диапазона. [c.413]

Конструкция лазера отличается от твердотельных ОКГ тем, что в резонатор вместо стеклянного стержня помещается кювета с раствором. Инверсия, как и в твердотельном ОКГ, осуществляется при помощи оптической накачки от импульсных ламп. Жидкостные лазеры такого типа могут работать как в режиме свободной генерации, так и в режимах модулированной добротности и синхронизации мод. [c.64]

В случае синхронизации мод при непрерывной накачке выходной пучок состоит из непрерывного цуга импульсов, в котором интервал между двумя соседними импульсами равен времени полного прохода резонатора 2L/ (см. рис. 5,46,6). Активная синхронизация осуществляется, как правило, либо модулятором на ячейке Поккельса, либо акустическим модулятором, что более общепринято, поскольку потери, вносимые этим модулятором в резонатор, меньше, Акустооптический модулятор, используемый для синхронизации мод, отличается от того, который применяется при модуляции добротности (см, рис, 5,30), поскольку грань, к которой прикреплен преобразователь, и противоположная грань оптического блока вырезаны параллельно друг другу. Звуковая волна, возбуждаемая преобразователем, теперь отражается назад противоположной гранью блока. Если длина оптического блока равна целому числу полуволн звуковой волны, то возникают звуковые стоячие волны, В этих условиях, если частота звуковой волны равна и, дифракционные потери будут промодулированы с частотой 2(о. Действительно, дифракционные потери достигают максимума в те моменты времени, когда имеет место максимум амплитуды стоячей волны. [c.321]

Огромное увеличение интенсивности — генерацию гигантского оптического импульса — можно получить, управляя с помощью механического или электрооптического затвора добротностью лазерного резонатора с относительно долгоживущими возбужденными состояниями активной среды (рис. В.2а, б). Длительность гигантского [c.12]

При наличии инверсной населенности уровней энергии 2 и i активной среды ( 2> i), т. е. при выполнении условия N2lg2>N)gi (Ni, Nu 2, g — населенности н кратности вырождения уровней 2, i) вынужденное излучение превалирует над поглощением и свет с резонансной частотой ш = 2— i/h усиливается при прохождении через среду. Усиленный таким образом свет люминесценции активной среды называют излучением сверхлюминесценции. Для возникновения генерации вводят положительную обратную связь, располагая активную среду в оптическом резонаторе, который в простейшем случае представляет собой два параллельных зеркала. Одно из зеркал резонатора делается полупрозрачным для частичного вывода излучения. Пространственное распределение поля генерируемого излучения соответствует собственным колебаниям резонатора, называемым модами. Различают продольные и поперечные моды, относящиеся к распределению поля вдоль оси резонатора и в плоскости, перпендикулярной оси. Искусственное снижение добротности резонатора позволяет достичь значительного коэффициента усиления активной среды без возникновения генерации. Последующее быстрое включение добротности приводит к генерации мощных световых импульсов малой длительности (гигантских импульсов). [c.895]

Появление лазеров вызвало интенсивное развитие методов внутр. М, с., основанных на управлении когерентным излучением за счёт изменения параметров лазера. При этом мы. устройства, применяемые как внеш. модуляторы, номещаются внутри оптического резонатора лазера. Используя разл. способы внутр. модуляции, получают любой вид М. с. амплитудный, частотный, фазовый и поляризационный. Частотой излучения лазера управляют, изменяя добротность оптич. резонатора лазера, напр. менян оптич. длину резонатора. С этой целью одно из зеркал резонатора закрепляют либо на магнитострикционном стержне (см. Магнитострикционный преобразователь), либо на пьезоэлементе и изменяют длину резонатора синхронно с модулирующим напряжением. Тот же эффект достигается путём изменения показателя преломления среды, заполняющей резонатор, для чего используется электрооптич. кристалл. Частотную модуляцию излучения лазера можно получить также при наложении на активную среду магн. или электрич. полей (см. Зеемана эффект, Штарка эффект), под действием К-рых происходит расщепление и смещение рабочих уровней атомов, ответственных за генерацию когерентного излучения. Изменяя величину коэф. усиления, получают амплитудную модуляцию излучения лазера. Для этого воздействуют на разность населённостей активной среды, либо изменяя мощность её возбуждения, либо используя всцомогат. возбуждение, приводящее к-перераспределению населённостей. Амплитудная модуляция излучения может быть получена и при помощи модуляции тока разряда газовых или полупроводниковых лазеров, работающих в непрерывном режиме. Одним из методов управления когерентным излучением является модуляция величины обратной связи лазера, т. е. коэф. отражения зеркал резонатора. С этой целью используют резонатор, одно из зеркал к-рого вращается с большой скоростью, и потому условия генерации выполняются лить в короткие промежутки времени. Вместо зеркал часто используют вращающуюся призму полного внутр. отражения. Изменение величины обратной связи можно получить, заменяя одно из зеркал на систему зеркал, образующих интерферометр Фабри — Перо. Коэф. отражения такого резонатора зависит от расстояния между зеркалами, изменяя к-рое можно модулировать интенсивность излучения и получать т. н. гигантские импульсы, мощность излучения в к-рых существенно превосходит мощность непрерывной генерации. Наконец, излучение лазеров также модулируют, изменяя добротность оптич. резонатора путем введения потерь, величина к-рых управляется внеш. сигналом. Для этого используют модуляторы на основе элек- [c.184]

Модулятор добротности на красителе представляет собой жидкостную ячейку с насыщающим красителем, например криптоцианином, растворенным в метаноле эта ячейка помещается внутри оптического резонатора. Первоначально краситель поглощает флуоресценцию лазерного стержня, изолируя таким образом зеркала от остальной части резонатора. По мере того как интенсивность света возрастает, краситель неожиданно обесцвечивается и лазерное излучение может отражаться от обоих зеркал резонатора, что приводит к генерации лазерного излучения. [c.277]

Добротность. Поскольку лазер представляет собой оптический резонатор, в теории лазеров широко используетсш терминология теории колебаний. Потерю энергии за период колебаний принято характеризовать добротностью — отношением запасенной в системе энергии V к потерям энергии за одно колебание АЖ [c.313]

Оптические резонаторы, как показали исследования, характеризуются низкими потерями, т. е. имеются хмоды с больнюй добротностью Q, если они удовлетворяют двум требованиям. Во-первых, в резонаторе должны существовать моды, поля которых многократно, по крайней мере [c.41]

С учётом того, что стекло 2ВЬАЫР можно легировать иттербием с концентрацией до 3 вес.%, то, поместив образец в оптический резонатор с добротностью Q равной 10, мы, тем самым, увеличим мощность циркулирующего в охлаждающем элементе излучения от значения 100 Вт до 1000 Вт, что, в свою очередь, приведёт к увеличению мощности охлаждения [c.136]

Возбуждение О. р., как и радиоволноводов, происходит с помощью петель, штырей, щелей, отверстий и т. п. (см. Антенна). О. р. с металлич. стенками широко применяются в технике СВЧ как частотные фильтры и резонансные колебат. системы генераторов, усилителей, приёмных устройств, ускорителей, ёпектр-анализаторов и др. Но, начиная с частот 10 Гц, О. р. при работе на осн. моде становятся слитком малыми (/ 1 мм), и поскол ку толщина скин-слоя б пропорц. УX, а размеры О. р. уменьшаются пропорц. X, его добротность ухудшается по закону Q УX. Применение же больших О. р. с возбуждением высших мод затруднено из-за очень плотного спектра собств. частот. Поэтому в миллиметровом, субмиллиметровом и оптич. диапазонах О. р. вытеснены открытыми резонаторами, в к-рых осуществляется разрежение спектра за счёт высвечивания поперечных мод с большими индексами тпп через открытые участки боковых поверхностей (см. Кеазиоптика, Оптический резонатор). [c.483]

Мы упоминаем о сферическом интерферометре, так как он послужил прототипом современного резонатора для газового лазера. Вопрос о внедрении радиофизических понятий в оптику представляет несомненный интерес. Л.М. Прохоров, по-видимому. первым указал, что интерферометр Фабри —Перо является евоеобразны.м резонатором высокой добротности для оптического диапазона. Первый газовый лазер, осуществленный и 1961 г. Джаваном и др., представлял газоразрядную трубку с неон-ге-лиевой смесью, помещенную внутрь интерферометра с плоскими зеркалами с очень высоким коэффициенто.м отражения [c.252]

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]

В1961 г. была также опубликована выдающаяся работа Фокса и Ли [164], положившая начало теории открытых резонаторов в ее современном виде. В этой работе впервые была численно решена для нескольких частных примеров задача о существовании и свойствах низших (т.е. наиболее добротных) мод пустых резонаторов из плоских и вогнутых зеркал. Здесь же было введено понятие дифракщюяных потерь, которые являются долей общего потока излучения, рассеиваемой благодаря дифракции (или, в случае не рассматривавышхся в [164] резонаторов из выпуклых зеркал, по иным причинам) и проходящей мимо зеркал. Это понятие применительно к резонаторам оптического диапазона оказалось намного полезнее, чем понятие добротности, и к настоящему времени почти полностью вытеснило последнее. [c.61]

В лазерах ЛТИ-701, ЛТИ-702 (рис. 4.5, 4.6) происходит внутри-резонаторное преобразование во вторую гармонику излучения лазера, работающего в режиме акустооптической модуляции добротности резонатора с длиной волны 1,06 мкм. В качестве прео бразова-теля частоты используется кристалл иодата лития (ЫЮз), не требующий термостатирования, достаточно эффективный и относительно стойкий к лазерному излучению. При модуляции добротности мощность лазерного излучения внутри резонатора велика, поэтому специальных мер для его фокусировки в нелинейный элемент не требуется. Преобразователь частоты МЧ-104 включает в себя специальное выходное зеркало ( глухое на основной длине волны и пропускающее на длине ъолны гармоники), элемент из иодата лития размером 10x10x10 мм и оптический фильтр. Как [c.97]

С помош,ью модулятора добротности длительность импульса излучения можно уменьшить до десятков наносекунд. Это устройство представляет собой быстродействуюш,ий оптический затвор, помеш,аемый внутри резонатора лазера. Во время оптической накачки модулятор остается закрытым и не позволяет лазеру генерировать излучение до тех пор, пока инверсия населенностей не достигнет уровня выше порогового. Когда модулятор открывается, накопленная энергия мгновенно реализуется в виде очень короткого импульса света. Пиковая мош,ность импульса излучения в таком режиме на много порядков величины превышает мош,ность импульсов излучения от генераторов, работаюш,их в обычном режиме. [c.276]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...