Оптические резонаторы положительная

Оптический резонатор в лазерах в простейшем случае представляет собой два зеркала, установленные строго параллельно друг другу и перпендикулярно оптической оси лазера обращены они друг к другу отражающими сторонами. Для вывода излучения наружу одно из зеркал делают полупрозрачным. При этих условиях излучение, возникшее в лазере, отражаясь от зеркал, многократно проходит через рабочее вещество, вызывая все усиливающееся стимулированное испускание. Таким образом, резонатор осуществляет положительную обратную связь с излучающей системой, заставляя при каждом прохождении излучения через рабочее вещество высвечиваться активные центры При этом в наиболее выгодных условиях оказывается та часть излучения, направление которого совпадает с оптической осью генератора, так как только оно способно многократно отражаться от зеркал, не уходя из рабочего вещества, [c.337]

Принцип действия. Для осуществления лазерной генерации в режиме самовозбуждения необходимо, как известно, обеспечить 1) амплитудное условие генерации, т.е. создать усиление в активной среде, достаточное для компенсации всех видов потерь 2) фазовое условие генерации, т.е. реализовать положительную обратную связь за счет использования оптических резонаторов либо самопроизвольно записывающихся объемных фазовых решеток в нелинейной среде 3) затравочное шумовое излучение, из которого развивается генерация. В традиционных лазерах усиление возникает в процессах вынужденного излучения в активной среде с инверсной населенностью. При пороговом значении накачки усиление света компенсирует его потери [c.9]

Как и всякий когерентно-оптический усилитель света, ФРК, накачиваемый внешним лазером, может использоваться для создания оптического генератора. Для этого фоторефрактивный кристалл, очевидно, должен быть помещен в оптический резонатор, обеспечивающий положительную обратную связь по сигнальному пучку. [c.118]

Для осуществления положительной обратной связи часть генерируемого излучения должна оставаться внутри рабочего вещества и вызывать вынужденное испускание все новыми и новыми возбужденными атомами. С этой целью активную среду помещают в оптический резонатор (см. 6.4), образованный двумя параллельными плоскими или сферическими зеркалами, одно из которых полупрозрачно. Возникшая в каком-либо месте в результате спонтанного излучения возбужденного атома световая волна усиливается за счет вынужденного испускания при распространении через активную среду. Эффективно усиливаются только те волны, направление распространения которых совпадает с осью резонатора, так как при всех других направлениях волна быстро покидает пределы активной среды. Дойдя до полупрозрачного зеркала, волна частично выходит наружу, а частично отражается назад. Отраженная волна, проходя вдоль резонатора от одного зеркала до другого путь через активную среду, в соответствии с форму- [c.445]

Сведением положительной обратной связи параметрический усилитель можно превратить в генератор. Для этого нелинейную среду, как в лазерах, помещают в оптический резонатор, образованный двумя зеркалами (рис. 10.4). Нелинейный кристалл ориентируется так, что для волн, распространяющихся в одном направлении перпендикулярно зеркалам, выполняется условие пространственного синхронизма к + к2 = к либо к1 +к2 = кз. Зеркала М и имеют высокие коэффициенты отражения для частот (01 и со2, так что сигнальная и холостая частоты (01 и (02 соответствуют высокодобротным модам резонатора. Зеркало М одновременно должно быть прозрачно для частоты и>з излучения накачки. При достаточно большой мощности волны накачки параметрическое усиление одной из волн С01 или (02 на длине нелинейного кристалла превысит суммарные потери за проход, возникающие из-за неполного отражения от зеркал, поглощения, рассеяния и других причин. Тогда происходит самовозбуждение генератора (с затравкой из-за параметрической люминесценции ) и возникает когерентное излучение на частотах со1 и со2. [c.496]

Избирательность заселения фотонных состояний и обеспечивает в лазере оптический резонатор. Возможность положительной обратной связи, содержащаяся в явлении вынужденного излучения, осуществляется в квантовом генераторе с помощью резонатора (16], с. 315). Прежде всего резонатор выделяет в пространстве определенное направление, в котором преимущественно происходит генерация. Кроме того, резонатор осуществляет селекцию по частоте и поляризации излучения. Часто используемые в резонаторах плоскопараллельные пластинки, ориентированные под углом Брюстера к оси резонатора, как раз и обеспечивают избирательность по поляризации генерируемых фотонов. Можно сказать, что выделение определенных фотонных состояний, в которых и осуществляется преимущественно генерация излучения, — принципиальная функция оптического резонатора. Чем жестче обеспечивает резонатор избирательность заселения фотонных состояний, тем выше когерентные свойства лазерного излучения (выше направленность, монохроматичность, степень поляризации). [c.104]

Для осуществления работы лазера в двухуровневой системе требуется а) инверсия населенности для обеспечения оптического усиления путем индуцированного излучения б) оптический резонатор для обеспечения положительной оптической обратной связи. [c.287]

Таким образом, мы научились сводить любые интересующие нас резонаторы к резонаторам с положительным iV и с заранее выбранным знаком Gi или G2. Что же касается резонаторов с положительным 7V (а, следовательно, и то они всегда могут быть приведены к наиболее подробно рассмотренным в литературе двухзеркальным. Для этого необязательно было даже вводить безразмерные координаты прямо из (2.8) вытекает следующий простейший рецепт достаточно, сохранив размеры зеркал, установить их на расстоянии L = В друг от друга и придать им радиусы кривизны Ri = LI(I - А) и R2 = LI 1 - D). Кстати, воспользовавшись тем смыслом, который здесь приобрел элемент лучевой матрицы В, можно переписать условие устойчивости в следующей примечательной форме перейдя от неравенства О < AD < 1 к эквивалентному неравенству -1 < ВС < О, или 1/ВС < -1, и подставив сюда В = L и С = -1/F (см. 1.1 F — фокусное расстояние оптической системы, заключенной между плоскими зеркалами эквивалентного резонатора на рис. 2.5), получим F > L. При такой записи связь критерия устойчивости со свойствами резонатора как оптической системы выглядит особенно наглядно. [c.79]

Резонатор с инверсной активной средой представляет собой оптический генератор с положительной обратной, связью. Инверсная активная среда, возбуждаемая системой накачки, усиливает проходящее через нее излучение в частотном интервале рабочего перехода. При малом сигнале коэффициент ненасыщенного усиления (/Со) не зависит от величины сигнала. Переход от режима усиления к режиму генерации осуществляется в любом [c.5]

На рис. 7.28 показаны различные типы неустойчивых резонаторов. Из них наиболее часто применяются первые два, поскольку фокусы зеркал располагаются вне резонатора. Действительно, если фокусы лежат в области активной среды, то образующееся в них интенсивное световое поле может вызвать нелинейные эффекты (даже пробой), что, естественно, ухудшит качество оптического пучка. Отрицательная же конфигурация неустойчивых резонаторов (рис. 7.28, г) менее чувствительна к недостаточно точному изготовлению зеркал и их юстировке. Положительная конфокальная (рис. 7.28, а) конфигурация, впервые предложенная Ананьевым [3], применяется наиболее ча- [c.522]

При использовании газового оптического генератора в связных системах необходимо автоматически настраивать зеркала резонатора, а также поддерживать их параллельность при тепловых и вибрационных возмущениях при работе в полевых условиях. Схема автоматической следящей системы, решающей эту задачу, изображена на рис. 2.9. Излучение с нерабочей части генератора принимает фотодиод, усиливается и подается на блок, вырабатывающий сигнал для преобразователя, который регулирует одно ИЗ зеркал резонатора. При изменении положения зеркал изменяет-.ся выходная мощность. График этой зависимости имеет экстремум. Одинаковый уровень выходной мощности может наблюдаться как при положительной, так и при отрицательной расстройке резонатора. Информацию о полярности расстройки и наклоне кривой удается получить при подаче на преобразователь дополнительного сигнала, вызывающего перемещения зеркала. Если эти перемещения будут происходить по синусоидальному закону, то фаза выходного сигнала будет свидетельствовать о характере расстройки резонатора, а амплитуда выходного сигнала примерно пропорциональна наклону кривой в рабочей точке. Управляющий сигнал подается на преобразователь, работа которого основана на использовании теплового и магнитострикционного эффектов. Преобразователь представляет собой полный никелевый стержень диаметром при- [c.48]

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]

Тебретические расчеты лазера проводятся на основе его функ- циональ ой схемы, приведенной на рис. 2.1. Световое излучение источника накачки (обычно лампы) осветителем фокусируется внутрь активного элемента и создает в нем инверсию населен ностей рабочих уровней ионов неодима. За счет этого активный элемент Ьриобретает возможность усиливать проходящее через него световое излучение, частота которого р9,вна частоте перехода между рабочими уровнями. Оптический резонатор, отражая проходящий через активный элемент свет, создает необходимую для генерации лазера положительную обратную связь. Кроме того. [c.47]

Открытые оптические резонаторы играют важную роль в современной квантовой электронике. Хотя и ранее оптические интерферометры находили широкое применение в спектроскопии, бурное развитие теории и техники оптических резонаторов в последние годы обусловлено тем, что они оказались почти идеальным устройством для создания положительной обратной связи в лазерах. Совокупность оптического резонатора и помещаемой в его полость активной среды может рассматриваться как автоколебательная система, затухание в которой компенсируется усилением в активной среде. При этом параметры резонатора существенным образом влияют на генерируемое излучение, в значительной степени определяя его пространственно-частотные, поляризационные и энергетические характеристики. В то же время самостоятельное значение сохраняют пассивные резонаторы (не содержащие в своей полости активной среды). Такие устройства используются в технике для пространственно-частотной селекции лазерного излучения и в качестве оптичес ких дискриминаторов. Особое распространение получили пассивные перестраиваемые резонаторные системы — так называемые сканирующие интерферометры, используемые для анализа частотных характеристик лазерного излучения. [c.3]

Создание инверсной населенности и получение оптического усиления — первый из двух существенных шагов, необходимых для работы лазера. Второй шаг — создание положительной обратной связи, чтобы превратить оптический усилитель в генератор. Это можно сделать с помощью двух зеркал, которые отражают усиленный свет в усиливающую среду. Так ие зеркала образуют оптический резонатор. Резонатор имеет характеристические резонансные частоты, что приводит к особенностям в спектре излучения, генерируемого двухуровневой системой. Устанавливается равновесная плотность оптической мощности на каждой резонансной частоте, соответствующая равенству усиления на проход и потерь. В понятие потерь включена и та часть оптической мощности, которая проходит сквозь полупрозрачное зеркало и образует выходной лазерный пучок. Самовозбуждение не может начаться, пока усиление не превысит потери. Это условие соответствует пороговой инверсии населенности п — 1)пор- Некоторая часть генерируемого света рассеивается в активной среде в процессе распространения. Этот процесс можно описать с помощью коэффициента рассеяния Орас. аналогичного коэффициенту поглощения 021- Тогда изменение оптической мощности пучка с расстоянием [c.268]

В случае оптического квантового генератора зеркальный резонатор создает положительную обратную связь между полем излучения и источником его энергии — активной средой ). Зеркала резонатора обеспечивают многократное распространение (и тем самым усиление) светового потока в активной среде. Это необходимо и для самовозбуждения генерации, и для ее поддержания. Однако роль резонатора в работе лазера не исчерпывается повышением плотности энергии поля в активной среде. Согласно указанной выше аналогии, для возникновения автоколебательного режима обратная связь должна быть положительной. Другими словами, должна иметь место строгая сннфазность колебаний, уже существующих в системе и приходящих по каналу обратной связи. Подобные соображения применимы и к оптическим квантовым генераторам, о чем будет идти речь в 228, 229. [c.783]

Впервые положительный эффект за счет перехода к неустойчивому резонатору был достигнут в [61] правда, из-за относительно малых размеров стержня этот эффект как при использовавшемся вначале полупрозрачном выходном зеркале, так и при дифракционном вьюоде [62] был незначительным. В большей части последующих экспериментов применялся описанный в [37] высокоэффективный лазер на намного большем стержне диаметром 45 мм и длиной 600 мм, послуживший прототипом для многих генераторов, серийно вьшускаемых вплоть до настоящего времени. Здесь осевая сила света при замене плоского резонатора на неустойчивый (с дифракционным выводом) повысилась уже в десятки раз. Угловая расхо-димость излучения, измеренная по уровню половинной интенсивности, уменьшилась от в 10 до 1 10 " рад, по уровню половинной энергаи -от 1,5 10 до 2 10 рад [62]. Отметим, что эта ситуация является достаточно характерной чем крупнее генератор, тем к большему эффекту приводит использование в нем неустойчивого резонатора. Постигаемый выигрыш в расходам сти увеличивается также с повышением оптической [c.210]

Посмотрим, что произойдет, если увеличивать отношение /Г (см. рис. 9.2, где показана зависимость интенсивности прошедшего света от интенсивности падающего). Как мы видим, наклон кривой может стать больше единицы, иными словами, дифференциальное усиление сИ2-/сП может быть больше единицы. Если при этом медленно модулировать интенсивность падающего света, то на интенсивность прошедшего модуляция будет передана в соответствии с нелинейным соотношением /7- = /7- (/ ) и окажется усиленной. Таким образом, система действует как оптический транзистор. Если увеличивать отношение аЫТ еще сильнее, то кривая /7 = /7 (/ ), отвечающая стационарным условиям, становится 5-об-разной. В то время как участки с положительным наклоном являются устойчивыми, участок с отрицательным наклоном неустойчив. Таким образом, имеется определенный интервал значений / , в котором система бистабильна. Если медленно увеличивать мощность падающего света от нуля до величины, лежащей за областью бистабильности, а затем изменять ее в обратном направлении, то мы получим петлю гистерезиса, содержащую ветви с низким и высоким пропусканием. Такое бистабильное поведение системы обусловлено как нелинейностью взаимодействия атом — поле, так и обратной связью, создаваемой зеркалами оно и составит предмет нашего дальнейшего изучения. Пороговое значение аЫТ, при котором возникает бистабильность, зависит от ряда параметров отстройки резонатора (относительно частоты поля), отстройки атома, неоднородного уширения линии и т. Д. Когда поле падающего света находится в точном резонансе с атомной линией, дисперсия не проявляется и можно говорить о чисто абсорбционной биста- [c.232]

Поскольку спектральная ширина лазерного источника является лимити-руюш ей характеристикой для высокоскоростных протяженных одномодовых оптических линий, то в последнее время много усилий бьшо направлено на создание монохромных лазерных диодов, пригодных для таких систем. Такого рода устройства имеют усовершенствованную структуру, усиливающую излучение на центральной длине волны и подавляющую излучение на боковых длинах волн. Можно привести два примера подобных устройств лазеры с распределенной положительной обрстной связью и лазфы с пространственно синхронизированной генерацией (С ). В лазере с распределенной положительной обратной связью используется встроенная дифракционная решетка, позволяющая усиливать фотоны (испытывающие полное отражение на обоих зеркалах резонатора) только на резонансной длине волны. Таким образом, вынужденное излучение становится монохромным. В лазере используется лазерный диод, кристалл которого разделен на две секции малым зазором. Каждая секция работает независимо, при этом излучения от каждой секции интерферируют между собой, что приводит к подавлению одних длин волн и к усилению сигнала на других длинах волн. [c.109]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...