Релаксационные колебания в лазерах

Таким образом, для того чтобы добиться стационарной генерации, необходимо исключить возмущения на частоте собственных релаксационных колебаний. В условиях пространственно-неоднородного поля в резонаторе, когда инверсная населенность оказывается пространственно-неоднородной, чувствительность к рассмотренным выше возмущениям еще более возрастает. В результате для обеспечения стационарной генерации твердотельных лазеров приходится решать целый ряд технических задач. [c.174]

Рис. 1.8. Временив зависимость нормированных плотности фотонов и (Г) а) и разности населенностей п (Г) (б) в случае релаксационных колебаний в твердотельном лазере в режиме свободной генерации, когда в течение импульса накачки стационарный режим генерации не успевает установиться

Импульс, излученный лазером в режиме свободной генерации, не гладкий он имеет сложную пульсирующую структуру и состоит из большого числа отдельных импульсов — пичков, длительность каждого из которых примерно 10 с. Хаотичность этих пульсаций и отсутствие их повторяемости от импульса к импульсу указывают на то, что они вызываются различными факторами. Одним из факторов, обусловливающих пульсацию, является взаимодействие между типами колебаний, возникающих в резонаторе. Однако пульсации могут иметь место и при работе ОКГ в одномодовом режиме в этом случае они обычно носят регулярный характер и представляют собой релаксационные колебания. [c.25]

Такого типа релаксационные колебания достаточно часто встречаются не только в лазерах, но и в других физических системах, имеющих какую-либо инер- [c.75]

Нестационарный режим работы лазера, осуществляемый в отличие от чаще всего нежелательного режима релаксационных колебаний целенаправленно, достигается путем возможно более быстрого изменения добротности резонатора лазера (т. е. потерь) или усиления. Принцип модуляции добротности заключается в следующем. Внутри лазерного резонатора в качестве дополнительного элемента помещается оптический затвор. При закрытом затворе генерация не может начаться, и под действием накачки активной среды возрастает инверсия населенностей, значительно превышая порог генерации лазера без введения дополнительных потерь в резонатор. Если затвор откры- [c.89]

Поскольку время t входит в явном виде только в левую часть уравнения, то в указанных случаях наличие зависящих от времени коэффициентов приводит к удлинению метрики временной координаты. В нестационарном режиме генерации на практике будет происходить удлинение пичков и уменьшение частот релаксационных колебаний, что экспериментально наблюдалось в лазере на рубине с длинным атмосферным резонатором [23]. Кроме того, в случае (6.21) изменением параметра внешнего воздействия q за счет, например, варьирования коэффициента отражения выходного зеркала Г2 в выражении (6.13) оказывается возможным управлять параметрами генератора, в том числе его реакцией на внутрирезонаторное поглощение. [c.208]

Глава 4 называется Интенсивность лазерного излучения, скоростные уравнения . В ней изложена простая фотонная модель одномодового лазера, рассмотрены релаксационные колебания, модуляция добротности, балансные уравнения, описывающие важнейшие процессы в многомодовом лазере. Вторая половина главы в основном посвящена анализу эффекта образования провалов на контуре линии затрагиваются также вопросы конкуренции мод. Говоря о проблеме пространственной модуляции усиления в лазере, которая обусловлена структурой поля в резонаторе, уместно на помнить о работах советских авторов [19, 20], носящих приоритетный характер. [c.6]

На рис. 1.8 приведены типичные зависимости n(t), u(t) для одномодового твердотельного лазера (рубинового) в режиме релаксационных колебаний. [c.29]

Если к полупроводниковому лазеру приложить токовый импульс с малым временем нарастания, то световой выход будет задержан на несколько наносекунд, а затем он будет характеризоваться затухающими колебаниями. На рис. 7.11.6 показан пример такого светового отклика вместе с импульсом тока накачки. Задержка приблизительно в 4 не — это кратковременная задержка, обсуждавшаяся в 7 этой главы. Затухающие колебания выходной оптической мощности в этом частном случае имеют частоту 1 ГГц, а декремент затухания равен нескольким наносекундам. Поведение такого типа называется релаксационными колебаниями. Если прикладывать токовый импульс, то сначала нарастание концентрации носителей будет задержано временем жизни носителей. Затем концентрация носителей возрастет настолько, что превысит величину, необходимую для достижения порога. Возникшее световое поле уменьшит концентрацию носителей, что приведет к уменьшению амплитуды светового поля, вследствие чего концентрация носителей снова может нарастать. Этот процесс продолжается, но амплитуда каждого последующего цикла уменьшается. Такие динамические характеристики полупроводникового лазера описываются скоростными уравнениями [179] для носителей и фото- [c.296]

Релаксационные колебания в лазере, работающем в режиме свободной генерации. Последовательность рассмотренных вьш1е пичков свободной генерации назьшают еще релаксационными колебаниями в процессе установления стационарного режима или просто релаксационными колебаниями. Последние характерны для любых связанных колебательных систем, характеризующихся сильно различающимися временами релаксации, а также для систем с инерционной нелинейностью. Определим основные характеристики релаксационных колебаний (частоту следования, время затухания) и выясним, насколько общим является подобный осщ1л-ляторный характер установления стационарного режима. [c.27]

Релаксационные колебания в одномодовых лазерах [c.279]

Ширина моды резонатора Асор для лазеров на АИГ-Nd всегда существенно больше частоты релаксационных колебаний (согласно 4 2.3 А(0р/2я=1г р 9,5 МГц, 2о/2д 73 Гц). Поэтому подавляющий вклад В шумы лазерного излучения согласно (3.20) дают шумы в релаксационном шике AQo.- Применительно к типичным параметрам лазеров на АИГ-Nd с непрерывной накачкой (Айо/2я 73 кГц) относительные квантовые шумы, обусловленные релак- [c.88]

Многочастотные (многомодовые) лазеры оказываются значительно менее устойчивыми к модуляции потерь резонатора 1[б5]. Обусловлено это тем, что за счет перекрытия мод в активной среде эффективные коэффициенты усиления отдельных мод уменьшаются по сравнению с коэ ффициентом усиления одночастотного лазера. В итоге даже относительно неглубокая (для одночастотного лазера) модуляция потерь резонатора способна периодически срывать генерацию отдельных, наиболее слабых мод. Повторный вы- ход в генерацию мод сопровождается возникновением глубоких релаксационных колебаний всего излучения лазера в целом. Время затухания колебаний составляет примерно 2,5 10 с. При частотах -модуляции потерь в несколько, килогерц периоды возбуждения релаксационных колебаний оказываются сравнимыми с временем затухания. Следовательно, не успев затухнуть, релаксационные колебания (Каждый раз будут вновь возбуждаться и в целом излучение будет иметь вид незатухающих глубоких пульсаций. Из-за случайного характера флуктуаций потерь резонатора и взаимодействия мод в активной среде пульсации имеют вид хаотических пич--ков, так называемый пичковый режим генерации (рис. 3.15). [c.92]

Длительность импульсов излучения лазеров в режиме свободной генерации обычно составляет от сотен микросекунд до нескольких миллисекунд, что суш ественно больше периода релаксационных колебаний лазера (около 10 мкс). Поэтому все источники технических шумов излучения непрерывных лазеров, описанные в 3.3, проявляются и здесь, они могут также при вести к Бичковому режиму генерации [41, 42, 73, 74]. При этом существенное значение в импульсных лазерах приобретает механизм модуляции потерь резонатора, связанный с тепловым нагревом активного элемента. Дело в том, что за время действия импульса накачки тепловое равновесие между активным элементом и окружающей средой не успевает установиться и в течение всего периода импульса накачки температура элемента монотонно повышается. Поэтому во время действия импульса генерации оптическая длина активного элемента монотонно увеличивается, что может привести к возникновению паразитной модуляции потерь резонатора (см. 3.3). [c.131]

Прежде всего следует констатировать, что нестационарные явления в лазере могут возникать без дополнительного вмешательства. При вычислении мощности излучения по уравнению (2.15) мы с самого начала пренебрегали всеми производными по времени. Естественно, однако, что это возможно только после того, как пройдет некоторое время с момента включения излучения накачки, так как при отбрасывании производных не учитываются процессы установления в лазерной среде до достижения некоторого стационарного состояния. Если же в основных уравнениях сохранить производные по времени, то можно показать, что процессы включения в случае одной моды нельзя описать как монотонно протекающие с течением времени. Они носят характер затухающих со временем негармонических колебаний поля излучения и инверсии населенностей, которые в конце концов по истечении некоторого времени стремятся к стационарному состоянию. Эти затухающие колебания называют релаксационными колебаниями лазера в одномодовом режиме. При рассмотрении многомодового режима ситуация еще более усложняется. В результате пространственной и временндй интерференции мод, нерегулярного срыва и возникновения осцилляций выходное излучение лазера приобретает форму нерегулярных во времени импульсов со стохастически флуктуирующей амплитудой. Существенно, что при этом излучение, вообще говоря, не переходит в стационарный режим и продолжает носить нестационарный характер по истечении длительного времени. [c.89]

Аики и др. [114, П4а] нашли, что в планарных полосковых структурах, выращенных на подложке с каналами, также отсутствуют изломы на ватт-амперных характеристиках. Такой лазер показан на рис. 7.6.3, в. Рабочие характеристики этой структуры обладают целым рядом преимуществ. Так, например, в ней наблюдается генерация в единственной продольной моде и отсутствие релаксационных колебаний [114а]. Гетероэпитаксиальные слои для этого прибора выращены на подложке GaAs -типа, в которой вытравлены каналы глубиной 1 мкм и шириной от [c.242]

В полосковых ДГС-лазерах имеется несколько свойств, влияющих на их характеристики в применениях, требующих высокой частоты повторения импульсов. Основными проблемами являются начальная задержка, релаксационные колебания и накопление заряда, которое может влиять на спад после импульса. Временная задержка и релаксационные колебания иллюстрировались на рис. 7.11.6. Уменьшение начальной задержки путем подпитки током, близким к пороговому, обсуждалось в 7 этой главы. На рис. 7.11.7 показано, что подпитка также уменьшает релаксационные колебания. При частотах повторения импульсов менее 50—100 Мбит/с релаксационные колебания могут быть уменьшены без подпитки увеличением времени нарастания импульса [178]. Озеки и Ито [197] показали также, что, используя методы частотной коррекции, можно отказаться от подпитки. Спад после импульса зависит от времени жизни носителей [198]. Он может оказывать влияние на последующие им пульсы, так как остаточный заряд может привести к понижению порога для следующего импульса. [c.302]

Принципиальным отличием лазеров на конденсированных средах от газовых является то, что атомы и молекулы в них либо совсем не могут совершать какого-либо направленного поступательного движения, что имеет место в твердых телах, либо, если могут, то это движение настолько ограниченно и не существенно по сравнению с колебательным или вращательным (характерными для жидкостей), что его можно не учитывать. Колебательное или вращательное движение структурных элементов в конденсированных средах определяют главным образом релаксационные процессы и спектральное уширение линий, соответствующих переходам между парами отдельных энергетических уровней. Для твердых активных сред, которые в большинстве случаев представляют собой ионные кристаллы, характерно колебательт ное движение, которое, в зависимости от типа кристаллической решетки,, может соответствовать либо только акустическим ветвям колебаний, либо — акустическим и оптическим. В настоящее время наиболее широкое применение находят лазеры на растворах органических красителей, состоящих из сложных молекул, имеющих сложную систему энергетических уровней, сводимую в большинстве случаев к четырехуровневой схеме. В молекулах жидкостей могут также совершаться колебательные движения, которые, как и в кристаллах, сопоставимы либо с акустическими, либо с оптическими ветвями колебаний. С этой точки зрения между сложными молекулами и кристаллами мбжет быть установлена полная аналогия, если весь кристалл в целом рассматривать как большую молекулу. Основное различие заключается в том, что в сложных молекулах на уширение и усложнение системы энергетических уровней существенное влияние могут оказать вращательные движения. Кроме того в молекулах, как правило, отсутствует трансляционная симметрия, существенная для кристаллов и определяющая зонную структуру энергетических уровней твердых тел. [c.175]

Наличие у лазеров на гранате с неодимом релаксационных гармонических колебаний мощности излучения приводит к тому, чта в амплитудно-частотной характеристике лазеров (АЧХ) (появляются резонансы. В данном случае (под АЧХ понимают зависимость амплитуды колебаний мощности излучения лазера, вызываемых гармонической модуляцией его параметров, от частоты модуляци (например, модуляции мощности накачки или потерь резонатора). Используя приближение малой глубины модуляции и малых колебаний мощности излучения, легко получить выражения для АЧХ лазера. Предположим, что модулируются потери излучения в резонаторе. Для удобства введем новое обоз начение 7р=Тр = /Сп , которое обычно называют обратным временем затухания поля в ре-зонаторе [c.76]

Тажим образом, на релаксационной частоте глубина модуляции выходного излучения резко возрастает (примерно в 3,25 10 раза) по сравнению с глубиной на низких, нерезонансных частотах. Следовательно, даже небольшая по глубине, но резонансная модуля--ция потерь резонатора может вызвать большие колебания выходной мощности излучения лазера. Так, например, при относительной глубине модуляции потерь А р Ю- глубина модуляции излучения составит А7рУ(Йо) 0,65. [c.77]

В целом динамика генерации многочастотных лазеров оказывается аналогичной динамике колебаний механической системы с несколькими степенями свободы. Число степеней свободы равно числу генерируемых частот (при одночастотном лазере одна степень свободы). В соответствии с этим на АЧХ ка к на каждой частоте, так и в их суммарном излучении в общем случае присутствует столько резонансов, сколько генерируется частот (продольных мод). Все резонансы разбиты на две группы в первой имеется лишь один (основной) резонанс, релаксационная частота которого равна релаксационной частоте одночас- [c.79]

Если предположить, что воздействие источников шума имеет 8ИД гармонических колебаний с некоторой частотой й, то вынужденные колебания мощности излучения, описываемые уравнением (3.15), имеют вид гармонических колебаний, аналогичных колебаниям при модуляции тютерь резонатора (3.12). Амплитудд колебаний описывается кривой К(й) (3.12), имеющей резонансный пик на частоте 2о (см. рис. 3.5). Отсюда следует, что если в спектре шумовых источников ПОЛЯ излучения есть частоты, близкие к релаксационной резонансной частоте Qo, то в шумах мощности выходного лазерного излучения на этих частотах наблюдается резонансный 1Подъем, то есть, как и при модуляции потерь, лазер будет играть роль своеобразного усилителя, который усиливает в K(Q) раз подаваемые в него шумы, переводя их в шумы выходного излучения. Следовательно, наиболее важными с точки зрения вантовых шумов выходного излучения лазера являются относительно низкие частоты в области Qo, значения которых, как показано выше, составляют десятки — сотни. килогерц. Источники шумов мощности излучения обладают значительно более широким -спектром. Относительная амплитуда спектральных компонент шумов ш ш(й) описывается приближенным выражением [52] [c.86]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...