Ширина линии лазерной генерации

Они основаны иа полном квантовом описании светового поля и атомов с помощью уравнения Шредингера или эквивалентных ему уравнений, в частности уравнения Гейзенберга. Эти уравнения позволяют рассмотреть следующие вопросы (среди других) ширину линии лазерной генерации, флуктуации фазы, амплитуды и интенсивности лазерного излучения (шумы), когерентность, статистику фотонов и все проблемы, указанные в п. 1 и 2. [c.34]

Проведенное до сих пор рассмотрение применимо только в случае одномодовой генерации, и здесь, как оказалось, экспериментальные данные находятся в хорошем согласии с представленными выше результатами теории. В действительности же одномодовый режим генерации не всегда просто реализовать, в частности когда ширина линии лазерного перехода значительно больше межмодового расстояния (что имеет место, например, в твердотельных и жидкостных лазерах). Теоретическое рассмотрение многомодового режима генерации оказывается намного сложнее. В этом случае недостаточно просто определить [c.283]

Если в лазере не предусмотрены какие-либо элементы для селекции аксиальных мод резонатора, то спектр выходного излучения будет содержать большое число дискретных частот, определяемых продольными модами. Ширина линии лазерного излучения ограничивает число мод, которые имеют коэффициент усиления, достаточный для генерации. Эта ситуация схематически представлена [c.280]

Гц, а ширина линии лазерных переходов в различных активных средах лежит в пределах от Асо/2я 10 Гц (в газах при низком давлении) до Асо/2я 10 —10 Гц (в красителях и твердых телах), то возможен и такой случай, когда в зависимости от типа лазера в лазерном резонаторе может усиливаться лишь малое число аксиальных мод но в других случаях число усиливающихся мод может достигать и нескольких десятков тысяч. При многих применениях бывает необходимо работать лишь с определенным, по возможности малым числом мод или даже с одной-единственной модой. Для поперечных мод это достигается сравнительно просто благодаря различиям в дифракционных потерях. Например, в резонаторе можно поместить дополнительную диафрагму, чем создается большое возрастание дифракционных потерь высших поперечных мод. Селекцию-отдельных аксиальных мод можно выполнить с помощью, например, такого селектора частоты, каким является дополнительный эталон Фабри—Перо. Напротив, для генерации ультракоротких световых импульсов следует всемерно увеличивать число> аксиальных собственных колебаний. Это требует применения материалов, обладающих возможно более широким спектральным контуром усиления, поскольку в этом случае можно избежать подавления аксиальных мод, обусловленного спектральной зависимостью коэффициента усиления. [c.57]

В случае неоднородного уширения только небольшая группа молекул (или атомов) взаимодействует с излучением на данной частоте. Следовательно, насыщение коэффициента усиления происходит лишь в небольшой части ширины линии лазерного перехода, и поэтому лазерная генерация возможна сразу в нескольких модах резонатора. Это приводит к эффекту, называемому выжиганием дырок на спектральной кривой коэффициента усиления (рис. 5.11). Этот эффект можно объяснить, если принять во внимание то, что молекулы (или атомы), находящиеся [c.182]

Состав лазерной жидкости Длина волны генерации, мкм Концентрация активатора, моль/л Люминесцентное время жизни, МКС Ширина линии люминесценции,. СМ 1 [c.949]

По формуле (2.78) можно вычислить доплеровскую ширину линии Avg = Ao)g/2n атома Ne при Т = 300 К на длине волны Я = 0,6328 мкм (одна из линий неона, на которой осуществляется лазерная генерация см. гл. 6), которая оказывается равной [c.51]

Тральной частоте лазерного перехода vq. Для неоднородно уширенной линии частота генерации в первом порядке (и точно для однородно уширенной линии) определяется средним взвешенным двух частот vo и V . При этом весовые множители оказываются обратно пропорциональными соответствующим ширинам линий. Таким образом, мы имеем [c.273]

В случае однородно уширенной линии спектр генерации, как показано в разд. 5.3.5.1, стремится сосредоточиться в узкой области около центральной частоты vq. При этом ширина спектра генерации и, следовательно, длительность импульса лазера определяются другим физическим механизмом. Обращаясь к рис. 5.41, предположим, что лазерный импульс конечной длительности проходит через модулятор в момент времени tm, соответствующий минимуму потерь. Выходящий из модулятора [c.314]

Таким образом, в случае генерирующего лазера ситуация совершенно не похожа на ту, которая имела бы место, если бы лазерный резонатор использовался в качестве пассивного фильтра и возбуждался бы внешним источником. Поэтому при описании работы лазера не стоит употреблять такие связанные со скоростью затухания в пустом резонаторе понятия, как добротность и резонансная ширина линии. Практика показывает, что это только приводит ко всевозможным заблуждениям возникают представления о том, что процесс генерации в лазерах с большими потерями на проход носит нерезонансный характер. Поэтому мы пользоваться данными понятиями не будем. [c.70]

Оптический резонатор аргонового лазера (X = 5145 А) состоит из двух зеркал с коэффициентами отражения 99,8 и 87,8 70, разнесенных на расстояние 60 см. Вычислите спектральную ширину резонансных мод пассивного резонатора и теоретическую ширину линии генерации лазера, определяемую выражением (7.1.14), при условии, что выходная мощность лазера в одномодовом режиме составляет 0,5 Вт. Затем, воспользовавшись выражением (7.11.5), оцените изменение длины резонатора, которое привело бы к сдвигу частоты генерации на величину, равную теоретической ширине лазерной линии. (См. книгу Корни [48, с. 375].) [c.571]

Использование многоходовых кювет [79] при длине луча в кювете 10 км позволяет достичь порога чувствительности по коэффициенту поглощения 10" м исключить влияние аэрозоля и турбулентности и получить возможность моделирования газовых сред. Многоходовая кювета в сочетании с узкополосным лазерным источником, перестраиваемым по частоте, значительно расширяет возможности спектрофотометрического метода и позволяет регистрировать спектры поглощения с высоким разрешением. Спектральное разрешение лазерного спектрометра определяется шириной линии генерации лазера и точностью перестройки частоты и может достигать 10 —10 см Ч Максимальная точность измерения абсолютного значения коэффициента поглощения tS.k k реализуется для значений оптической плотности D = feL = 0,4- 1,5 [30], при этом Ак У) к У) обычно составляет 1—5 %. [c.194]

Если спектр частот распространяющегося лазерного излучения попадает в промежуток между линиями поглощения, т. е. в интервал, где k(v) не изменяется, то нет необходимости учитывать форму спектра генерации лазера. Если же контур линии излучения /(v) перекрывается с контуром линии поглощения k(v) (резонансный случай), то значение пропускания атмосферной трассы определяется параметром a = Av/2v, где Av — ширина линии излучения. Подобная ситуация реализуется для излучения лазеров на СО2 и СО, а также для излучения лазеров, в которых в качестве рабочей среды используются молекулы, присутствующие в естественной атмосфере. [c.218]

Уширение линии называется однородным, если линии каждой молекулы (или атома) уширяются одинаковым образом. Следовательно, в случае однородного уширения все молекулы (или атомы) имеют одну и ту же форму и ширину линии, и поэтому независимо от частоты одинаково взаимодействуют с излучением. Такие, например, механизмы уширения, как естественный и столкновительный, дают однородное уширение. При однородном уширении насыщение коэффициента усиления происходит также однородно, и лазерная генерация осуществляется на частоте той моды резонатора, которая первой испытывает насыщение. Эту ситуацию иллюстрирует рис. 5.10. Верхняя кривая — потенциально возможная кривая коэффициента усиления в отсутствие генерации, а нижняя — фактическая кривая коэффициента усиления с учетом насыщения и генерации на частоте v . [c.182]

В тех приложениях, где требуются короткие (I—20 не) перестраиваемые лазерные импульсы, оптическая накачка красителя осуществляется с помощью другого лазера. Это может быть твердотельный лазер с модуляцией добротности, работающий на основной частоте или гармонике, лазер на галиде инертного газа или азотный лазер Последний обладает несколько меньшей выходной энергией по сравнению с лазерами другого типа, однако дает относительно недорогой метод генерации коротких перестраиваемых лазерных импульсов в видимой области спектра Перестройка и уменьшение ширины линии излучения лазера на красителе с лазерной же накачкой достигаются с помощью дифракционной решетки и расширителя пучка [160] (рис 5 36). В данном случае расширитель пучка необходим ввиду того, что активная зона в красителе является очень узкой, и в отсутствие расширителя пучка будет освещена лишь малая часть решетки вследствие этого спектральное сужение будет незначительным. [c.220]

Монохроматичность лазерного излучения характеризует способность лазеров излучать в узком диапазоне длин волн и определяется величиной Av/vo. Ширина спектра излучения лазера определяется прежде всего числом линий, на которых происходит генерация. Контур линии усиления активной среды, совпадающий с контуром линии испускания (люминесценции), имеет ширину Avj. Поэтому в пределах линии усиления могут разместиться одна или несколько собственных частот резонатора, удовлетворяющих соотношению (1.106) и отстоящих друг от друга на [c.54]

Здесь К — число проходов резонатора. Переменная r[ = t — zjv при этом ограничена временем прохода резонатора и (О г] ы). Рассмотрим теперь изменение параметров излучения после прохода через усилитель, поглотитель и отражения от зеркала, взяв за основу расположение элементов, аналогичное изображенному на рис. 6.3. Мы здесь не будем вводить специальный частотно-селективный элемент, но зато учтем конечную спектральную ширину лазерного перехода. Для описания процесса генерации в четырехуровневой системе твердотельного лазера при условии, что преобладает однородное уширение линии, мы можем воспользоваться уравнениями (4.1) — (4.3) (лазер на АИГ Ыс1). (К системам с неоднородно уширенной линией многие из сделанных ниже выводов приложимы в некотором приближении.) Для исследования развития импульса из шума, согласно выводам гл. 1, в уравнение (4.2) следует ввести стохастический член F(t]), описывающий флуктуации в среде. Согласно условию (7.1), можно считать, что за время одного прохода изменения населенностей малы, как это уже было сделано в разд. 4.2 С учетом стохастических [c.231]

Интерферометр Фабри—Перо как резонатор лазера. Для получения эффекта генерации излучения, т. е. создания когерентного и направленного излучения, необходим оптический резонатор, настроенный на определенную длину волны. Он представляет собой ИФП с зеркалами сравнительно небольших размеров, между которыми помеш ается активная среда (см. 3). Часто одно из зеркал делают полупрозрачным, а другое — полностью отражаюш им. Коэффициент отражения R зеркал выбирается в зависимости от заданного усиления активной среды и может лежать в пределах 0,2—0,98. Чаще всего стремятся к увеличению параметра Rt. Лавина фотонов, возникающая в активной среде и увлекающая за собой все новые и новые порции фотонов, оказывается как бы зажатой между двумя зеркалами. В оптическом резонаторе происходит накопление электромагнитной энергии. Оптический резонатор определяет пространственную и временную когерентность лазерного излучения, а следовательно, существенно влияет на форму и ширину генерируемой спектральной линии. [c.128]

Лазеры с перестраиваемой частотой удобно применять в спектральных приборах, которые отличаются высоким спектральным разрешением и дают возможность обходиться без диспергирующего элемента. Аппаратная функция таких приборов, сканирование по спектру в которых осуществляется перестройкой частоты лазера, полностью определяется свойствами лазерного излучения. Полуширина аппаратной функции, а следовательно, и спектральное разрешение такого прибора зависят от ширины спектра линии генерации лазера, а ее форма определяется характером распределения интенсивности излучения по спектру. [c.439]

Генерация в лазере с атмосферным резонатором г=160 м устойчиво осуществлялась, в том числе в условиях пониженной метеорологической дальности видимости 5м = 250ч-300 м во время осадков, если мощность накачки активного элемента в 3—4 раза превышала пороговую (для лазера с коротким резонатором). Регистрируемый интегральный за время импульса спектр излучения практически для всех метеоусловий оставался гладким с полушириной 0,5—0,65 см- . Наличие на измерительной трассе селективных потерь приводило к образованию п ровала в спектре лазерной генерации. Исследования показали, что наибольшая относительная глубина выжигаемого провала достигается при небольших превышениях над порогом мощности накачки (g 1,1), что согласуется с результатами теории. Увеличение спектральной ширины селективных атмосферных потерь приводило к возрастанию общей ширины контура линии лазерной генерации. [c.218]

Несмотря на низкие энергетические характеристики, не позволяющие использовать Не — Ne-лазвр в термической и селективной технологии, он является самым распространенным газовым лазером. Причина такой популярности обусловлена прежде всего его уникальными спектральными характеристиками. Благодаря низкому давлению газа, ширина линии излучения Не — Ые-лазе-ра определяется эффектом Доплера и согласно (1.38) составляет 10 Гц. При характерных длинах лазера ( 10 см) расстояние между собственными частотами резонатора [см. (2.13)] составит также 10 Гц. Поэтому Не — Ne-лазср позволяет осуществлять одночастотную генерацию на одной продольной моде и обладает исключительно высокой монохроматичностью и стабильностью излучения (Av/vo 10 ). Эти качества, а также возможность генерации в видимом диапазоне длин волн делают Не — Ne-лазер незаменимым элементом во многих оптических устройствах, предназначенных для измерения расстояний, контроля размеров, лазерной связи и научных исследований. Очень часто Не — Ne-лазер используется в качестве вспомогательного оборудования для юстировки и визуализации положения луча в других лазерных системах. Большой интерес вызывают появившиеся в последнее время сведения о возможности эффективного использования Не — Ne-лазеров в медицине. [c.159]

Здесь Тс — время жизни фотона в резонаторе (время релаксации квадрата амплитуды электрического поля). Из указанного выше второго свойства оптического резонатора следует, как мы увидим в дальнейшем, что в оптическом резонаторе резонансные частоты расположены очень близко друг к другу. Действительно, в соответствии с выражением (2.14) число мод резонатора N, расположенных в пределах полосы лазерной линии шириной Avo, равно N = Snv KAvo/ = 8я(КД ) (Л> оА), где Л>.о = = K .vol — ширина лазерной линии, выраженная в единицах длины волны. Из приведенного выражения видно, что N пропорционально отношению объема резонатора V к кубу длины волны. Так, например, если v=5-I0 Гц (частота, соответ-ствуюш,ая середине видимого диапазона), V=I см и Avo = 1,7-10 Гц [доплеровская ширина линии Ne на длине волны 0,6328 мкм см. выражение (2.81)], то число мод Л 4-10 . Если бы резонатор был закрытым, то все моды имели бы одинаковые потери и такой резонатор в случае его применения в лазере приводил бы к генерации очень большого числа мод. При этом лазер излучал бы в широком спектральном диапазоне и во всех направлениях, что является весьма нежелательным. Эта проблема может быть решена с помош,ью открытого резонатора. В таком резонаторе лишь очень немногие моды, соответствуюш,ие суперпозиции распространяюш,ихся почти параллельно оси резонатора волн, будут иметь достаточно низкие потери, чтобы стала возможной генерация. Все остальные моды резонатора соответствуют волнам, которые почти полностью затухают после одного прохождения через резонатор. Это главная причина, почему в лазерах применяется открытый резонатор Хотя отсутствие боковых поверхностей означает, что может возбуждаться лишь очень небольшое число мод, все же число генерируемых мод, как мы покажем ниже, может быть значительно больше, чем одна. [c.161]

Рассмотрим теперь два явления, которые нельзя описать в рамках используемого до сих пор приближения скоростных уравнений. Однако эти явления играют очень важную роль и заслуживают того, чтобы быть здесь представленными. Обратимся сначала к рис. 5.19, на котором приведены резонансные кривые как линии лазерного перехода (с центром при vo и шириной Avo), так и моды резонатора (с центром при v и шириной Av ). Предположим, что генерация происходит на этой моде и что нам нужно найти частоту генерации vren, а также ширину линии AvreH выходного спсктра. [c.272]

Дтр примерно равна обратной ширине линии генерации Avren. Этот результат нетрудно понять, если вспомнить, что временное поведение каждого импульса есть просто фурье-образ его частотного спектра. Отсюда видно, что, поскольку ширина линии генерации AvreH может быть порядка ширины линии усиления Avo, то можно надеяться, что синхронизация мод в твердотельных или полупроводниковых лазерах позволит генерировать очень короткие импульсы (до нескольких пикосекунд). В лазерах на красителе ширина линии усиления в сотни раз превышает эту величину в твердотельных лазерах, что дает возможность получать в этих лазерах и уже действительно были получены значительно более короткие импульсы (до приблизительно 30 фс). В газовых же лазерах ширина линии усиления намного уже (до нескольких гигагерц) и поэтому генерируются относительно длинные импульсы (до 100 пс). А теперь вспомним, что два последовательных импульса разделены временным промежутком тр, определяемым выражением (5.111). Поскольку Ди = = 2nS.v = n /L, где L —длина резонатора, мы имеем xp = 2L , что в точности равно времени полного прохода резонатора. Следовательно, внутри лазерного резонатора генерация будет иметь вид сверхкороткого импульса длительностью Дтр, определяемой выражением (5.112), который распространяется вперед и назад по резонатору. В самом деле, в этом случае пучок на выходе из какого-либо зеркала представляет собой цуг импульсов, причем временной промежуток между двумя последовательными импульсами равен времени полного прохода резонатора. Характерные числовые значения подтверждают такое представление, поскольку пространственная протяженность Дг импульса длительностью, скажем, Дтр = 1 пс равна Дг = СоДт = 0,3 мм, т. е. много меньше типичной длины резонатора лазера. [c.309]

Поскольку обычно справедливо неравенство Avo/v = = (AvqL/2 ) 1, мы видим, что в случае однородного ушире-ния линии импульс имеет значительно большую длительность, чем в случае неоднородного уширения. В качестве заключительного замечания по этому вопросу укажем на то, что механизм сужения импульса, который изображен на рис. 5.41, в, не играет сколько-нибудь существенной роли в случае неоднородно уширенной линии, хотя, очевидно, действует и в этом случае. Действительно, длительность импульса в данном случае определяется обратной шириной линии, а основная роль модулятора состоит в осуществлении такого синхронизма между модами, на которых происходит генерация, чтобы лазерные импульсы проходили через модулятор в те моменты времени, в которые потери минимальны (рис. 5.41,а). [c.315]

Управление шириной линии. Помещая в основной резонатор дополнительные отражающие поверхности, можно отселектировать большинство аксиальных мод. Если между зеркалами резонатора поместить интерферометр Фабри — Перо, то это вызовет сильную амплитудную модуляцию близко расположенных друг к другу пиков отражения основного лазерного излучения, что в свою очередь будет препятствовать достижению порога генерации для большинства мод. [c.281]

Важной чертой СОг-лазера является малая ширина линии усиления на переходе (00 1) — (10 0). Однородное уширение линии усиления вызвано эффектом Доплера и при давлении в несколько миллиметров ртутного столба и рабочей температуре ЗООК составляет 50... 60 МГц. Это обстоятельство позволяет сравнительно просто создавать одночастотные лазеры, что весьма важно для лазерной доплеровской локации. В самом деле, при длине резонатора 1 м разность частот между соседними модами ргвпа 150 МГц, т. е. одновременная генерация двух продольных мод оказывается невозможной. [c.175]

В предыдущих параграфах мы говорили лишь об измерении ширины линий лазера и резонатора. Вообще говоря, эти характеристики труднее измерять, чем ширину линии люминесценции, так как в последнем случае нет необходимости, чтобы кристалл работал в лазерном режиме. Когда кристалл работает как лазер, интенсивность света достаточна для того, чтобы вести наблюдения простыми способами, но диспергирующий элемент, который применяется для изучения ширины линии, долл<ен обладать исключительно высокой разрешающей способностью. В области, лежащей ниже порога генерации, лазерный кристалл лю-минесцирует в более широкой полосе, но с очень низкой интенсивностью. Методика измерения ширины линии люминесценции зависит от того, какого типа лазер трехуровневый или четырехуровневый. [c.394]

Одним из первых лазеров, использовавшихся в голографических экспериментах, был гелий-неоновый лазер, который успешно применяется и в настояш,ее время. Для обычной длины резонатора, порядка нескольких дециметров, и известной ширины спектральной линии при работе в режиме генерации TEMqo длина когерентности такого лазера составляет от нескольких дециметров до нескольких сантиметров. Пространственная когерентность практически не ограничена. Кроме того, существуют усовершенствованные лазерные источники, удобные в эксплуатации и сравнительно дешевые. [c.137]

Вместо рассмотренной в предыдущем разделе синхронизации мод при модуляции внутренних потерь или оптической длины резонатора синхронизация мод может осуществляться путем модуляции усиления. Для этого в резонатор лазера вводится накачка в виде непрерывной последовательности импульсов, генерируемых другим лазером с синхронизацией мод (см. рис. 5.8). Если длина резонатора лазера достаточно близка к длине резонатора лазера накачки или кратна ей, то при определенных условиях усиление оказывается модулированным с периодом, равным времени полного прохода резонатора. Как и при модуляции потерь, короткий импульс в этом случае формируется за промежуток времени, соответствующий максимальному усилению. Длительность этого импульса при оптимальных условиях может быть на два-три порядка короче длительности импульса накачки. Наибольший практический интерес представляет применение метода синхронной накачки в лазерах на красителях, так как в лазерах этого типа используется преимущественно оптическая накачка, а их линии усиления весьма широки (величина А(0з2/2л лежит в пределах от 10 до 10 Гц). Лазеры на красителях допускают в определенном диапазоне плавную перестройку частоты в области максимума спектра излучения. Это достигается введением в резонатор частотно-селек-тивного оптического фильтра, в качестве которого могут быть использованы, например, эталон Фабри—Перо, фильтр Лио или призма. Ширина спектра пропускания этих фильтров, однако, не должна быть слишком мала, так как ее сужение может вызвать существенное увеличение длительности импульсов. По указанным причинам значение лазеров на красителях с синхронной накачкой в технике генерации пикосекундных и субпи-косекундных импульсов в последние годы все больше возрастает. По сравнению с лазерами на красителях с пассивной синхронизацией мод, которым посвящена следующая глава, синхронно накачиваемые лазеры имеют следующее преимущество для перестройки частоты их излучения может быть использована полная спектральная ширина лазерного перехода, тогда как при пассивной синхронизации полоса перестройки дополнительно ограничивается спектром линии поглощения насыщающегося поглотителя. [c.150]

КИМ обратным сантиметрам. Передача энергии в молекулярных столкновениях приводит к тому, что система начинает генерировать преимущественно нд линиях с небольшим усилением эффект конкуренции линий). Иными словами, набор лазерных линий ведет себя как одна однородно уширенная линия усиления. Если в резонатор ввести избирательные потери на всех линиях, кроме какой-либо выбранной, то систему можно заставить генерировать на другой линии, не обязательно совпадающей с наиболее эффективной. Поскольку расстояние между спектральными линиями имеет величину порядка нескольких обратных сантиметров, приходится отказываться от использования эталона, так как его область свободной дисперсии по порядку величины совпадает с расстоянием между линиями. В этом случае более предпочтительно применять решетку Литтроу (рис. 7.40, а и 7.41). Ес-ли мы имеем дело с немонохроматическим пучком, то внутрь полости резонатора отражается лишь часть спектра, длина волны которой удовлетворяет соотношению (6.10.2) при а = 0. Остальные компоненты спектра распространяются вне направления оптической оси и поэтому теряются. Вращением решетки можно изменять длину волны излучения, отраженного в резонатор. Ширина полосы генерации твердотельных лазеров [51] может быть сужена, если одно из зеркал заме- [c.557]

Смотреть страницы где упоминается термин Ширина линии лазерной генерации : [c.448] [c.18] [c.93] [c.215] [c.555] [c.332] [c.334] [c.337] [c.366] [c.394] [c.442] [c.227] [c.87] [c.48] [c.53] [c.146] [c.162] [c.410] [c.74] [c.182]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...