Резонатор оптический активный

Резонатор оптический активный 779 —, потерн 781 [c.924]

Рис. 105. Принципиальная с.хема ОКГ 1,3 — зеркала оптического резонатора, 2—активная среда

ОР — оптический резонатор АЭ — активный элемент ИН — источник накачки ОС — осветитель БП — блок питания БУ — блок управления БО — блок охлаждения УЭ — управляющий элемент [c.47]

Оптическая схема лазера на красителе включает резонатор с активным элементом в виде кюветы с раствором красителя или [c.49]

В следующих главах будет проведено детальное рассмотрение методов генерации ультракоротких световых импульсов. Но предварительно в данной главе мы дадим в качестве необходимой основы описание общего принципа действия лазера, оптической накачки лазеров, свойств лазерных резонаторов, важных активных материалов и типов лазеров. В конце главы кратко рассматриваются принцип синхронизации мод (взаимодействие мод, захват мод) и основные методы ее реализации. [c.49]

Фазовый угол ф в этом выражении учитывает возможный сдвиг фазы за один проход, в то время как h соответствует временному сдвигу максимума импульса, вызванному усилительными и частотно-избирательными свойствами активной среды. Таким образом, эффективное время полного прохода импульсом резонатора, содержащего активную среду, отличается от времени прохода холодного резонатора Uq (т, е. резонатора без накачки) на величину h u = uq — h. Кроме того, попутно следует подчеркнуть, что Uq отличается от значения 2L/ (L — оптическая длина резонатора), так как импульсы распространяются не с фазовой, а с групповой скоростью. Подставляя в (4.11) соотношения (4.10) и (4.6), получим для неизвестной амплитудной функции Ль (О, ri) линейное интегральное уравнение [c.140]

В предшествующем рассмотрении мы не обращали внимания на особенности, которые могут быть вызваны размещением поглотителя вблизи зеркала с большим коэффициентом отражения. Ряд экспериментальных исследований показал, что расположение узкой кюветы с поглотителем в контакте с глухим зеркалом увеличивает стабильность генерации и способствует укорочению импульсов (см., например, [6.12]). Такое действие тонкого контактного поглотителя обусловлено тем, что падающий на зеркало и отраженный импульсы перекрываются в насыщающемся поглотителе, это позволяет достигать насыщения при меньших интенсивностях или энергиях импульсов и благоприятствует процессу синхронизации мод. Эффекты когерентного перекрытия двух импульсов могут быть использованы особенно эффективно, если такие встречные импульсы распространяются в кольцевом резонаторе и перекрываются в тонком поглотителе [6.6, 6.7, 6.33, 6.37—6.39]. Таким путем к настоящему времени были получены наиболее короткие импульсы длительностью около 50 фс, возбуждаемые в резонаторе лазера (ср. п. 6.3.4). При этом максимальное перекрытие встречных импульсов в поглотителе обеспечивается системой автоматически, так как оно соответствует оптимальным условиям генерации, если только оба импульса одинаково усиливаются активной средой. Последнее обеспечивается таким размещением усилителя и поглотителя, когда расстояние между ними составляет четвертую часть длины резонатора. В этом разделе мы хотим вывести уравнения, описывающие когерентное перекрытие двух встречных импульсов в лазере. Это описание в одинаковой степени должно касаться двух различных ситуаций контактного поглотителя в линейном резонаторе и режима синхронизации мод в лазере с кольцевым резонатором со сталкивающимися импульсами (СРМ) ([6.13, 6.29]). Мы будем считать, что в случае линейного резонатора оптические элементы расположены, как показано на рис. 6.3, при Ua = 0 я оптимальном размещении усилителя в середине резонатора (Ur = Ui). В случае кольцевого СРМ-лазера отраженный луч на модели рис. 6.3 не проходит снова через отдельные элементы, а направляется оптической системой непосредственно к точке 2. При этом расстоя- [c.202]

В качестве оптических элементов, составляющих резонатор, используются зеркала (металлические или интерференционные), полупрозрачные пластины, оптические стопы, линзы, призмы полного внутреннего отражения. В тех резонаторах, где важно провести спектральное разделение излучения, используются дисперсионные элементы — дисперсионные призмы, дифракционные решетки. И, наконец, в состав резонатора входит активная среда с инверсной населенностью. [c.5]

Таким образом, твердотельный лазер, состоящий из активной среды и резонатора, является динамической системой, чрезвычайно чувствительной к возмущению его параметров. Это явление имеет и полезное применение, например, в модуляционной спектроскопии прп измерении слабых оптических эффектов, поскольку помещение исследуемой среды в резонатор с активной средой позволяет усилить эти эффекты па много порядков [12, 131. [c.201]

Резонатор представляет собой такую же двухкомпонентную систему, как и ИФП. Однако он имеет значительно большее расстояние между зеркалами. Часто одно из зеркал делают полупрозрачным, а другое — полностью отражающим. Принцип работы резонатора по физике образования интерференционной картины совпадает со сферическим эталоном Фабри — Перо. Между зеркалами резонатора находится активная среда. Электромагнитная волна, возникающая в активной среде, многократно вызывает в этой среде новые акты вынужденного испускания, вследствие отражения между зеркалами ИФП. Таким образом в оптическом резонаторе происходит накопление электромагнитной энергии. Резонатор играет важнейшую роль в работе лазера, так как он определяет пространственную и временную когерентность генерируемого излучения. [c.209]

Эта формула говорит нам, что в общем случае частота генерации лазера Й не совпадает с частотой моды пустого резонатора. Это такой резонатор, в котором нет взаимодействия между оптическими модами и активной средой, или, другими словами, это резонатор без активных атомов. Смысл частотного сдвига (6.33) легко уяснить, если вспомнить, что константы затухания х и 7 пропорциональны обратным временам релаксации светового поля /1 и атомных дипольных моментов а, соответственно. Следовательно, если ввести вместо X и 7 соответствующие временные константы [c.144]

Система лазера состоит из источника энергии, источника оптического возбуждения, резонатора с активной средой и системы оптической фокусировки. [c.447]

Связанные резонаторы. Уже на начальном этапе развития лазерной техники было обнаружено, что селектирующими свойствами обладает система из двух оптических связанных открытых резонаторов. Простейшей системой такого типа является трехзеркальная система, схема которой приведена на рис. 2.2.8, а. Зеркала 1 и 2 формируют основной резонатор с активным веществом 4, зеркала 2 и 3 - дополнительный. Выходное зеркало [c.80]

Взаимосвязь оптического резонатора и активной среды можно сформулировать следующим образом. [c.29]

Рассмотрим, как будет излучать свет активная среда, помещенная между двумя зеркалами типа используемых в интерферометрах Фабри —Перо (рис. 40.4). Такую систему принято называть активным оптическим резонатором. Пусть возбужденный атом, расположенный в точке А, испускает волну в результате спонтанного перехода между уровнями с инверсной заселенностью. [c.779]

Итак, общую картину спектра излучения оптических квантовых генераторов можно представить следующим образом. В интервале длин волн, простирающемся от вакуумного ультрафиолета до далекой инфракрасной области, с помощью разнообразных активных сред удается получать усиление излучения в участках спектра с относительной шириной (со" — со )/со, составляющей в разных случаях от 10 (лазеры на красителях) до 10" (атомные и молекулярные газы). Положение этих участков спектра определяется частотами переходов между энергетическими уровнями, характерными для используемой активной среды (атомы, ионы, молекулы в газовой, жидкой и кристаллической фазе). В пределах каждого из упомянутых участков спектр генерируемого излучения имеет вид дискретных квазимонохроматических эквидистантных компонент, расстояние между которыми задается резонатором и составляет в относительной мере величину Асо/со = Х/2Ь = = 10" — 10 . Наконец, каждая из компонент представляет собой квазимонохроматическое излучение с ничтожно малой естественной спектральной щириной бсо 10 — 10 с , так что боз/со [c.801]

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]

Если усиление активной среды превышает потери для двух собственных частот оптического резонатора, то возможна одновременная генерация двух независимых мод колебаний. [c.363]

ОКГ состоят из активной среды (твердой, газообразной, жидкой), оптического резонатора и устройства накачки (оптической, электрической и др.), стимулирующего генерацию когерентного индуцированного излучения. [c.52]

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]

Блок ОКГ объединяет обычно все оптические элементы лазера рабочее тело (активный элемент), отражатель, лампы накачки, зеркала резонатора. Рабочее тело вместе с одной или несколькими лампами накачки устанавливается в отражателе, отражательная поверхность которого имеет форму цилиндра или эллипсоида. В качестве ламп накачки применяются ксеноновые, криптоновые импульсные или дуговые лампы. Активный стержень помещается внутри оптического резонатора, представляющего собой, например, два плоских или сферических зеркала либо набор плоскопараллельных пластин. [c.37]

Еще одна причина, приводящая к наклону канала, связана с режимом работы лазера и определяется распределением интенсивности по сечению луча. Если по сечению более интенсивной является периферийная часть, то за фокальной плоскостью объектива эта часть луча под некоторым углом к геометрической оси будет производить более активное воздействие и скорость образования канала в этом направлении будет больше, в результате чего образуется канал под некоторым наклоном к поверхности. Данный дефект может быть устранен подстройкой оптического резонатора лазера, более равномерным освещением активного вещества, его заменой и т. д. [c.148]

Квантовые интерферометры на основе лазера с трехзеркальным резонатором. На рис, 137 приведена схема лазера с трехзеркальным резонатором. Зеркала I н 3 вместе с активной средой 2 образуют лазер. Изменение длины оптического пути либо за счет перемещения зеркала 4, либо за счет изменения характеристик среды между зеркалами 3 и 4 приведет к модуляции интенсивности лазерного излучения. [c.233]

Однако для получения достаточно большой эффективной мощности генерированного излучения необходимо, помимо инверсии населенности энергетических уровней, выполнять ряд соответствующих условий. Активное вещество помещается в объемный резонатор — своего рода ящик с отражающими стенками. Как известно, для эффективного усиления колебаний определенной частоты резонатор должен иметь размеры порядка длины волны. Однако в оптическом диапазоне длин волн резонатор, настроенный на одну единственную волну, будет иметь слишком малые размеры. [c.507]

ЛАЗЕР [—усиление когерентного электромагнитного излучения оптического диапазона, действие которого основано на использовании индуцированного излучения света системой возбужденных атомов, ионов, молекул, помещенных в оптический резонатор газовый имеет газовую активную среду газодинамический использует инверсное состояние активной среды путем адиабатического охлаждения газа, движущегося со сверхзвуковой скоростью жидкостный содержит жидкую [c.244]

Модулятор состоит из мощного соленоида 3 н активного стержня 2, установленных в оптический резонатор между торцом рубинового стержня и выходным зеркалом 4. При прохождении тока по обмотке соленоида возникает электромагнитное поле, изменяющее плоскость поляризации активного стержня. Степень поляризации модулятора определяет длительность светового луча. [c.22]

Оптические реперы. Используемые в СВЧ-диапазоне методы получения узких спектральных линий оказались не применимыми в оптич. области спектра (доплеровское уширение мало в СВЧ-диапазоне). Для О. с. ч. важны методы, н-рые позволяют получать резонансы в центре спектральной линии. Это даёт возможность непосредственно связать частоту излучения с частотой квантового перехода. Перспективны три метода метод насыщенного поглощения, двухфотонного резонанса и метод разнесённых оптич. полей. Осн. результаты по стабилизации частоты лазеров получены с помощью метода насыщенного поглощения, к-рый основан на нелинейном взаимодействии встречных световых волн с газом. Нелинейно поглощающая ячейка с газом низкого давления может находиться внутри резонатора лазера (активный репер) и вне его (пассивный репер). Из-за эффекта насыщения (выравнивание населённостей уровней частиц газа в сильном поле) в центре доплеровски-уширен-ной линии поглощения возникает провал с однородной шириной, к-рая может быть в 10 —10 раз меньше доплеровской ширины. В случае внутренней поглощающей ячейки уменьшение поглощения в центре линии приводит к появлению узкого пика на контуре зависимости мощности от частоты генерации. Ширина нелинейного резонанса в молекулярном газе низкого давления определяется прежде всего столкновениями и эффектами, обусловленными конечным временем пролёта части- [c.451]

Особенности поведения резонаторов оптического диапазона связаны отчасти с тем, что размеры такого резонатора обычно во много раз пре-вьпиают длину волны, и отчасти с тем, что лазерные резонаторы не являются пустыми - внутри них находится активная среда, что в корне меняет механизм возбуждения колебаний. Сочетание этих обстоятельств привело к тому, что теория оптических резонаторов выделилась во вполне самостоятельную научную дисциплину. Знание основных ее положений необходимо не только при разработке лазеров, но и при их использовании изменение настройки резонатора или введение в него дополнительных элементов являются наиболее удобными и эффективными, а часто и единственно возможными способами варьирования характеристик излучения в самых широких пределах. [c.5]

Резонаторы оптического диапазона представляют собой весьма спеплфи-ческие резонансные системы, главным образом, благодаря тому, что их собственные размеры обычно на несколько порядков превышают рабочую длину волны. Это исключает возможность применения широко распространенных в СВЧ-диапазоне закрытых резонаторов, представляющих собой замкнутую полость с отражающими стенками число высокодобротных колебаний на оптических частотах у них было бы непомерно велико. Поэтому здесь используются открытые, не имеющие боковых стенок, резонаторы, в простейшей своей М0дификащ1и состоящие из двух установленных друг против друга зеркал, между которыми и помещается активная среда. Сама [c.60]

Модовый состав генерируемого излучения определяет пространственную, временную и спектральную структуры генерируемого излучения. Количество генерируемых мод, их характеристики, взаимодействие и концентрация мод в лазерах всех типов, работающих в различных режимах, определяется типом используемого резонатора, особенностями активной среды и в частности, степенью однородности ее возбуждения по объему активной среды. Это особенно важно для лазера на твердом теле с оптической накачкой. Проблемам расчета резонаторов, их выбору и влиянию на модовый состав и пространственно-временную структуру излучения посвящена монография [5], которая может оказаться полезной при анализе модовога состава излучения. [c.178]

Влияние температурных изменений на работу лазера осуществляется через два основных механизма. Первый из них состоит в возникновении в оптических элементах лазерного резонатора термоволновых аберраций — искажений волнового фронта проходящего через элемент излучения. Эти аберрации возникают из-за неоднородного нагрева различных участков данного элемента (см. пп. 1.1, 1.3 и 1.4). Наиболее сильным термооптическим искажениям среди элементов лазерного резонатора подвержен активный элемент именно в нем происходит значительное тепловыделение при преобразовании поглощаемого ионами активатора излучения ламп накачки в лазерное излучение (тепловыделение в лазерном излучателе рассматривается в пп. 1.1 [c.5]

В том случае, когда в резонаторе (помимо активного элемента) находятся другие оптически неоднородные элементы, например элементы внутрирезонаторной модуляции или преобразования частоты, надлежащим подбором размеров сечений каустической поверхности в местах расположения элементов можно минимизировать влияние их неодородностей. Так, например, резонатор будет мало чувствителен к слабым нерегулярным внутрирезонаторным фазовым неоднородностям, если поперечный размер каустики основной моды в перетяжке в области расположения неоднородности значительно меньше ее поперечного размера [113]. [c.155]

Когда оптический резонатор содержит активное вещество, его называют активным. Далее в этом параграфе мы главным образом будем касаться свойств лишь пассивного резонатора (в котором исгочиик энергии отсутствует). Это облегчит понимание механиз ма возникновения мод с большими п малыми потерями. [c.19]

Следует особо отметить возможность сокращения времени релаксации просветляющегося фильтра за счет возбуждения в растворе крастеля сверхлюминесценции [125] нли генерации [126]. В последнем случае кювета с красителем помещается в специальный резонатор, оптическая ось которого составляет некоторый угол с оптической осью основного резонатора излучение активного элемента служит для красителя своеобразной оптической накачкой поперечного типа. Возникновение генерации в растворе красителя, помещенном в специальный резонатор, обеспечивает сравнительно быструю релаксацию фильтра. [c.385]

Перо, используется лампа-вспышка. Лазер начинает генерировать излучение сразу же по достижении такой инверсии населенностей, которая оказывается достаточной для компенсации потерь энергии излучения в системе. Для активной среды, помещенной в резонатор, оптические потери включают в себя в дополнение к внутренним потерям в активной среде и излучение, пропускаемое зеркалами. Если коэффициенты отражения зеркал для интенсивности равны / 1 и Яч, то двухпроходный коэффициент усиления интенсивности (у) определяется соотношением [c.169]

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]

Для того, чтобы активное вещество превратить в 1 е-иератор световых колебаний, необходимо, чтобы часть испускаемого света все время находилась в зоне активного вещества и вызывала вынужденное испускание все новых и новых частиц, т. е. надо осуществить обратную связь. Для этого активное вещество помещают между двумя параллельными зеркалами. Допустим, например, что активное вещество представляет собой цилиндрический стержень, а плоскости зеркал 5[ и перпендикулярны к оси этого стержня (рис. 35.7). Тогда луч света, многократно отражаясь от зеркал 5] и много раз проходит через активный стержень, усиливаясь при этом в результате вынужденных переходов частиц. Получается открытый оптический резонатор, представляющий собой [c.277]

Ширина спектра излучения лазера определяется главным образом числом генерирующих мод. В оптических резонаторах может одновременно возбуждаться большое число мод (так называемый многомодовый режим генерации). Вследствие этого лазер обычно излучает набор различных частот, которые лежат внутри линии люминесценции активного вещества. Например, для твердотельных лазеров, работающих в многомодовом режиме, ширина линии излучения Атгсч может быть порядка 1 ГГц. Следует отметить, что многомодовый режим работы генератора ухудшает когерентность и направленность излучения. [c.281]

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]

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]

Оптические квантовые генераторы (ОКГ, лазеры). Колебат. системами ОКГ являются открытые резонаторы с размерами 1 >Х, образованные двумя или более отражающими поверхностями. Семейство газовых лазеров многочисленно, они перекрывают диапазон длин волн от УФ области спектра до субмиллиметровых волн. В твердотельных лазерах активной средой являются диэлектрич. кристаллы и стёкла. Особый класс твердотельных ОКГ составляют полупроводниковые лазеры, в к-рых используются излучательные квантовые переходы между разрегпёнными энергетич, зоиами, а не дискретными уровнями энергии. Жидкостные лазеры работают на неорганических активных жидкостях, а также на растворах органич. красителей (см. Лазеры на красителях). [c.434]

Гетеролазеры и гетерофотоприём-н и к и, используемые в сочетании с плёночными полупроводниковыми Болиоводами, могут выполняться на основе единой Г. и на общей полупроводниковой подложке объединяться (интегрироваться) в оптич. схему (методами планарной технологии). Для управления условиями генерации и распространения света часто используются сложные Г., активный слой к-рых состоит из неск. слоев постоянного или плавно изменяющегося состава с соответствующим изменением Sg. Помимо локализации света в пределах одного или неск, слоёв в плоскости ГП, при создании интегрально-оптнч. схем возникает необходимость дополнит, локализации световых потоков в плоскости волноводных слоёв (в плоскости ГП). Такие волноводы наз. полосковыми и создаются изменением либо состава и свойств полупроводника в плоскости ВОЛ1ГОВОДНОГО слоя, либо толщины слоёв, Встраивание гетеролазера в волноводную схему осуществляется с помощью оптического резонатора, образуемого периодич, модуляцией толщины волноводного слоя. При определ. выборе периода модуляции благодаря дифракции в волноводе возникает волна, бегущая в обратном направлении. В результате формируется распределённое отражение света (см. Интегральная оптика). [c.449]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...