Лазер генерации порог

Упражнение 3. Исследование спектрального состава излучения лазера. Первоначально сфотографируйте интерферограмму излучения лазера в режиме генерации многих поперечных мод, а затем при выделении только основной моды. В последнем случае сфотографируйте также интерферограмму, соответствующую работе лазера вблизи порога генерации. Подход к порогу осуществляется путем вращения пластины 6. [c.307]

Неравновесные кооперативные явления имеют место в открытых системах, далёких от термодинамич. равновесия, их существование связано с диссипацией энергии. Нек-рые из них обусловлены возникновением в неравновесной системе макроскопич. пространств, когерентности (диссипативной структуры)-, они в значит, степени аналогичны равновесным К. я. при термодинамич. фазовых переходах. К ним относятся когерентное излучение лазера (пример квантового неравновесного К. я.), неустойчивость Рэлея — Бекара, возникающая в нагреваемом снизу слое жидкости, образование пространственно неоднородных структур при нек-рых хим. реакциях, а также В процессе морфогенеза (см. также Неравновесные фазовые переходы). Успешное описание процессов в лазере вблизи порога генерации в терминах Ландау теории фазовых переходов 2-го рода положило начало построению единого подхода к неравновесным К. я., составляющего предмет нового научного направления — синергетики. Общая идея такого подхода состоит в следую- [c.457]

Экспериментальные спектральные кривые тока фотоумножителя (пропорционального выходной мощности излучения лазера) показывают, что отношение мощностей избыточного фотонного шума и дробового шума пропорционально квадрату выходной мощности излучения лазера ниже порога генерации и обратно пропорционально квадрату выходной мощности излучения лазера выше порога генерации. Значительно ниже порога генерации можно наблюдать отклонение от квадратичной зависимости, если допустить вклад в выход спонтанного излучения более чем от одной линейно поляризованной моды. Установлено, что выше порога генерации ширина полосы избыточного фотонного шума изменяется линейно с выходной мощностью, а ниже порога — обратно пропорционально мощности [36]. Спектр мощности отношения шумов чуть выше и ниже порога генерации хорошо аппроксимируется лоренцевой кривой. Недавно экспериментально [36, 100] была продемонстрирована применимость модели Ван-дер-Поля к лазерному генератору с накачкой, превышающей пороговую. [c.469]

Рис. 10.9. Потенциал для двумерного движения фиктивной частицы, которое отвечает поведению комплексной амплитуды поля лазера выше порога генерации.

Уравнение Фоккера—Планка (11.123) содержит и полевые, и атомные переменные. Вместе с тем из полуклассического подхода нам известно, что в случае лазера на пороге генерации атомные переменные можно исключить. Оказывается, что и из уравнения Фок кера—Планка вблизи порога атомные переменные легко исключить Это можно сделать двумя способами либо непосредственно в урав нении Фоккера—Планка, либо с помощью уравнения Ланжевена Выбор того или иного способа определяется отчасти личным вку сом, отчасти соображениями удобства. Кружной путь через урав нение Ланжевена на самом деле проще, так что мы выбираем его Как показано в классической статистической физике, уравнение Фоккера—Планка (11.123) совершенно эквивалентно следующей системе уравнений Ланжевена [c.313]

В этой книге по разным поводам мы упоминали синергетику и ссылались на аналогию между поведением лазера на пороге генерации и фазовыми переходами. В данной главе мы хотим некоторые аспекты этой аналогии рассмотреть подробнее, в частности обсудить значение лазера как прототипа систем, которые на основе самоорганизации создают пространственные или временные структуры. [c.323]

В предыдущих параграфах, посвященных описанию принципа действия и конкретных схем лазеров, основное внимание концентрировалось на энергетической стороне дела, а именно, на методах образования достаточно большой инверсной заселенности и на усилении поля в активной среде. Существенную роль при этом играл резонатор, зеркала которого отражали падающий на них свет в активную среду и тем самым способствовали достижению порога генерации. Однако, помимо указанной функции, резонатор выполняет и другую — формирует пространственно когерентное и монохроматическое излучение. [c.794]

Упражнение 1. Определение порога генерации и измерение энергии излучения ОКГ. Первоначально проведите наблюдение за появлением генерации на белом экране 14 (рис. 116). После установки экрана на рельс включите ОКГ и подайте на конденсаторы напряжение, заведомо меньшее порогового (800 В). На экране наблюдается люминесценция рубина в виде широкого пятна. Постепенно повышая напряжение, фиксируйте момент появления генерации, когда на экране возникает яркое красное пятно диаметром 5 мм. Энергию импульсов генерации измерьте при нескольких значениях напряжения на батарее конденсаторов от порогового до 1000 В. По результатам измерений постройте кривую зависимости энергии излучения лазера от энергии накачки рубинового стержня. Энергия накачки берется равной электрической энергии батареи конденсаторов. Определите пороговую энергию накачки. Рассчитайте к.п.д. рубинового ОКГ. [c.301]

Наиболее распространенным источником накачки лазеров на красителях в непрерывном режиме является аргоновый лазер, мощность излучения которого составляет несколько ватт на линиях в синей и зеленой областях спектра. Излучение аргонового лазера фокусируется в область с размерами 10—20 мкм для превышения порога генерации. Для устранения термооптических иска- [c.956]

Параметры Лазеров подразделяются на внешние и внутренние. Внешние параметры характеризуют излучение, вышедшее из лазера внутренние связаны с процессами, происходящими внутри резонатора с рабочим веществом. К внешним основным параметрам относятся энергия и мощность излучения, длительность импульса, угловая расходимость пучка света, когерентность излучения и поляризации. Помимо этого в ряде случаев необходимо знать распределение энергии и мощности внутри пучка, его спектральный состав и изменение во времени, а также изменение угловой расходимости в ближней и дальней зонах. К внутренним параметрам относятся спектр мод резонатора, усиление и шумы в ряде случаев требуется знать также порог генерации и насыщение. Различные типы лазеров имеют различные параметры, определяющие области их применения в науке и в технике, и в частности в машино-и приборостроении. [c.19]

Типичным представителем этого типа ОКГ является аргоновый лазер (рис. 25). Давление аргона в трубке обычно составляет десятые доли мм рт. ст. При увеличении давления газа концентрация электронов возрастает, а электронная температура уменьшается. Это приводит к достижению некоторого оптимального давления, при котором энергия и мощность генерации максимальны. Питание трубки осуществляется от источника постоянного напряжения, однако возможно использование и высокочастотного разряда. При возрастании тока разряда увеличивается концентрация заряженных частиц, поэтому мощность генерации сильно увеличивается. Вначале, после достижения порога генерации, имеет место очень быстрый рост выходной мощности. Затем, по мере возрастания тока, увеличение мощности замедляется и стремится к насыщению. Насыщение возникает вследствие все возрастающего поглощения фотонов на переходе между нижним рабочим и основным ионным состояниями, что приводит к возрастанию заселенности нижнего рабочего уровня. Однако практически величина тока, идущего через газоразрядную трубку, ограничивается величиной нагрузки, которую может выдержать капилляр (рис. 26). [c.42]

Важной характеристикой кристалла рубина является его температурный порог, т. е. максимальная температура, при которой может начаться генерация. С целью замедления роста температурного порога во времени необходимо добиваться снижения пороговой мощности накачивающего излучения (мощности, необходимой для запуска лазера), уменьшая тем самым внутренний нагрев стержня. [c.508]

Некоторое повышение КПД по сравнению с рубиновым лазером обусловлено тем, что сосредоточенная в возбужденных уровнях энергия на пороге генерации в лазере на стекле с неодимом существенно меньше. Эта разница становится особенно ощутимой при работе в режиме с модулированной добротностью, где КПД неодимового лазера может отличаться более чем на порядок. [c.179]

Рассмотрим сначала непрерывный лазер, генерирующий на одной поперечной и продольной моде. Чуть выше порога генерации флуктуациями амплитуды можно пренебречь. Тогда аналитические сигналы волны в двух точках Г и Гг можно записать следующим образом [c.457]

Правильность всей этой выработанной нами концепции была проверена и полностью подтвердилась на практике. В случае двумерных резонаторов порог генерации при введении малой щели действительно возрастает очень резко. Так, экранирование участка шириной 3 мм повышало пороговую интенсивность накачки изображенного на рис. 4.3а широкоапертурного лазера примерно втрое. Поэтому управление характеристиками излучения лазеров с двумерными неустойчивыми резонаторами осуществляется без особого труда [70]. [c.231]

Зависимость средней по цугу длительности импульсов генерации <т > от числа импульсов накачки М приведена на рис. 6.14. Видно, что увеличение М до 40—60 приводит к установлению стационарного значения <т >. Основным фактором, ограничивающим минимальную длительность выходных импульсов, является временная модуляция цуга накачки, приводящая к неодновременности достижения порога генерации для разных импульсов, что, в свою очередь, уширяет импульс генерации. Отметим, что перспективными с точки зрения генерации длинных цугов (М 10 ) пикосекундных импульсов с постоянной амплитудой являются твердотельные лазеры с самосинхронизацией мод и электронным управлением добротностью резонатора. [c.256]

Ep Wpdt , то из соотношения (5.86) и последующего обсуждения вытекает, что Ni Ер. Следовательно, обозначив начальную инверсию при работе лазера на пороге генерации как Л 1с, а соответствующую энергию накачки как ср, мы можем написать [c.297]

Режим работы многих типов лазеров нестационарен и в отсутствие модуляции добротности. Так, практически у всех твердотельных лазеров генерация не длится все то время, пока превышен порог, а состоит из отдельных хаотически распределенных во времени всплесков — пич-ков длительностью 10" с со средним интервалом между ними 10" с (такой режим называют пичковым ). Детальное теоретическое описание пространственно-временной структуры в подобных случаях практически невозможно, поэтому здесь чаще всего приходится довольствоваться квазистационарным приближением, не учитывающим особенностей кинетики. [c.134]

И оключение составляет случай, когда модуляция потерь в максимумах доводит лазер до порога генерации. В этом случае излучение приобретает им- п>льсный характер (рис. 3.7,ж). [c.79]

Возникновение генерации в замкнутом резонаторе, как и в обычных лазерах, использующих усиление, связанное с вынужденным излучением, приводит к стабилизации однопроходового усиления на уровне, требуемом для компенсации всех потерь. В фоторефрактивных материалах коэффициент усиления Г не зависит ни от интенсивности света в кристалле (в приближении сильной фотопроводимости), ни от отношения интенсивностей взаимодействующих пучков (гл. 2). Однако введенная таким образом величина Г совпадает с коэффициентом экспоненциального усиления только в приближении слабого отгнала, т.е. для лазеров вблизи порога генерации, где еще можно пользоваться приближением заданного поля волн накачки. [c.41]

Более последовательный иодход, учитывающий квантовый характе > поля излучепня и пo. вoляющ Iн, в частности, рассмотреть особенности поведения лазера па пороге генерации, был предложен и развит в работа.ч А. П. Казанцева (см. [32)) ( при.ч. ред.). [c.226]

Управляя мощностью и энергией лазерного излучения, следует регулировать их по возможности плавно в пределах интервалов, необходимых для решения задачи. Для этого прежде всего может быть использована модуляция интенсивности по накачке в газовых лазерах — за счет изменения тока разряда, в инжек-ционных полупроводниках — за счет изменения тока накачки, в твердотельных — за счет изменения тока разряда в лампах. Таким образом, мощность и энергия излучения могут регулироваться в широких пределах, начиная от порога генерации до максимального значения. Однако при изменении интенсивности накачки одновременно с изменением мощности луча изменяются и другие его параметры — модовый состав излучения и распределение интенсивности по поперечному сечению луча. В твердотельных лазерах при изменении энергии накачки сильно изменяется временная структура. [c.70]

Ширина спектра излучения лазера с Р. д, зависит от режима работы лазера (импульсный или непрерывный), превышения над порогом генерации, конкуренции продольных мод и др. факторов. Так, в имнульсвок лазере с Р. д. ширина спектра генерации определяется эфф. полосой бЛр и длительностью импульса генерации Tj, в соответствии с ф-лой [c.318]

Развитие полупроводниковых лазеров сделало Tiep neK-тивным использование их для накачки Т. л. Полупроводниковые лазеры (ПЛ) на основе монокристаллов арсенида галлия путём изменения состава позволяют получать генерацию в области 0,75 -н 1 мкм, что даёт возможность эффективно возбуждать генерацию на ионах Nd , TnT , Но , и Yb [5]. Накачка излучением ПЛ является близкой к резонансной, что в значит, степени снимает проблему наведённых термич. искажений в АЭ и позволяет относительно легко достигать предельно высокой направт jrenHo TH лазерного пучка. Получена непрерывная генерация на ионах Но (> г 2,) мкм), Тт (Х, 2,3 мкм), Ег (Я, 2.9 мкм), а также на разл. переходах ионов Порог генера1ши по мощности накачки в нек-рых случаях составляет единицы милливатт. Так, напр., порог генерации на ионах Но " в кристалле ИАГ—Тш —Но равен 4 МВт, а порог генерации на осн. переходе ионов N d в стекле не превышает 2 мВт. На целом ряде кристаллов с неодимом получена генерация второй гармоники. На осн. переходе неодима реализованы режимы модуляции добротности и синхронизации мод. Общий кпд неодимового непрерывного лазера с накачкой излучением ПЛ на длине волны генерации 1,06 мкм достигает 20%, [c.50]

Прежде чем продолжить обсуждение, следует подчеркнуть, что когда мощность накачки превышает пороговую даже на весьма скромную величину, число фотонов qo в резонаторе обычно уже очень велико. В качестве примера рассмотрим числовые значения, соответствующие одномодовому непрерывному Nd YAG-лазеру (см. также разд. 5.3.6) Ле = 0,5 мм , y = 0,12, а = 3,5-10 м и т = 0,23 мс. Если положить L = 50 см, то получим Тс л 14 НС и из (5.32) имеем qo Ю [(Рр/Рпор) — 1]. Таким образом, даже если мы выберем Яр/Япор = 1,1, то будем иметь около 10 ° фотонов в резонаторе. Это означает, что в уравнении (5.1г) сразу за порогом член УаВ (q-j-1)JV2, описывающий как вынужденное, так и спонтанное излучение, вне всякого сомнения можно аппроксимировать выражением VaBqNi, что мы и делаем в настоящем рассмотрении. Это также означает, что число фотонов в установившемся режиме q весьма нечувствительно к выбранному нами конкретному значению числа начальных фотонов в резонаторе qt в момент времени / = О, которые необходимы для возникновения генерации. Как мы увидим в разд. 5.3.7, эта нечувствительность оказывает сильное влияние на выходные свойства лазерного пучка. [c.248]

Здесь М = R /R2 = (1,35) —увеличение за полный проход резонатора [R и i 2 — радиусы кривизны соответствующих зеркал). Для моды низшего порядка волновая теория (см. рис. 4.45) дает Гг =0,2. Выберем значение Гг, полученное в приближении геометрической оптики, так как в нашем случае оно ближе отвечает реальной ситуации благодаря следующим двум обстоятельствам 1) эквивалентное число Френеля достаточно велико (Л/экв = 7,4) и, как ожидается, потери нескольких поперечных мод сравнимы по величине (см. рис. 4.44) 2) накачка в лазере осуществляется при значительном превышении над порогом (в 2,8 раза при выходной мощности лазера 12 кВт см. рис. 5.18), так что в генерации может действительно участвовать большинство из упомянутых выше мод. В действительности в последующем расчете мы покажем, что значение Гг, полученное в приближении геометрической оптики, лучше согласуется с экспериментом, чем то, которое было вычислено из волновой теории. Сравнивая теперь выражения (5.62) и (5.33) с учетом значения Гг = 0,45, находим AJs =22,3 кВт. Диаметр пучка в резонаторе лазера равен (см. также рис. 4.41,6) Z) = 2Л1аг = 7,6 см, откуда Ле = л ) /4л 45 см и, следовательно, /s 500 Вт/см , Это значение хорошо согласуется с теоретическими оценками [14]. [c.271]

В гл. 8 рассмотрено вынужденное комбинационное рассеяние ВКР-явление генерации стоксовой волны (смещенной на 13 ТГЦ) в поле волны накачки при распространении накачки в световоде. Это происходит, только когда мощность накачки превышает пороговый уровень. Сначала обсуждаются усиление и порог вынужденного комбинационного рассеяния. Затем в двух отдельных разделах описывается ВКР для случая непрерывной или квазинепрерывной накачки и для случая сверхкоротких импульсов накачки. В последнем случае сочетание ФСМ, ФКМ и ДГС приводит к качественно новым особенностям. Эти особенности могут быть совершенно разными в зависимости от того, находится накачка в области нормальной или аномальной ДГС. Случай аномальной ДГС рассматривается в последнем разделе, особенно вьщелены волоконно-оптические ВКР-лазеры. Также обсуждаются применения ВКР-усилителей в волоконно-оптической связи. [c.30]

Важным применением явления ВКР в световодах стало развитие волоконных ВКР-лазеров [31-49], Такие лазеры не только имеют более низкий порог, чем однопроходное ВКР, но и могут перестраиваться в широком частотном диапазоне ( 10 ТГц), На рис, 8,4 схематически показан волоконный ВКР-лазер, Отрезок одномодового световода помещен внутрь резонатора Фабри-Перо, образованного частично отражающими зеркалами Mj и М . Резонатор обеспечивает резонансную частотно-избирательную обратную связь для стоксова излучения, возникающего в световоде благодаря ВКР. Внутрирезонаторная призма позволяет перестраивать длину волны лазерного излучения путем поворота зеркала М . Порог генерации лазера соответствует мощности накачки, при которой комбинационное усиление за обход резонатора компенсирует потери в резонаторе, состоящие из потерь на зеркалах и потерь при переводе отраженного от зеркал излучения обратно в световод. Если принять потери за обход резонатора равными обычному значению 10 дБ, то пороговым условием будет [c.226]

Синхронно-накачиваемые волоконные ВКР-лазеры привлекательны для генерации сверхкоротких световых импульсов [47]. Когда такие лазеры накачиваются импульсами длительностью < 100 пс, то, вообще говоря, необходимо учитывать эффекты дисперсии групповых скоростей, групповое запаздывание импульсов, ФСМ и ФКМ. Эти эффекты обсуждаются в разд. 8.3, где синхронно накачиваемые волоконные лазеры рассматриваются более подробно в отдельном подразделе. Если импульс ВКР попадает в область отрицательной дисперсии групповых скоростей световода, то солитонные эффекты могут формировать импульсы длительностью 100 фс и менее. Такие волоконные лазеры иногда называют солитонными ВКР-лазерами, подробно они рассматриваются в разд. 8.4. Другое направление развития волоконных лазеров-создание компактных устройств с зеркалами, интегрированными в волоконный резонатор. Один из способов добиться этого [49] замена зеркал на волоконные решеточные отражатели, изготовленные путем травления решетки на сердце-вине короткого отрезка световода. Другой путь-использование кольцевой конфигурации резонатора [48] на основе волоконной петли со связью через волоконный ответвитель - позволяет получить цельноволоконный кольцевой ВКР-лазер с низким порогом. [c.228]

Возможность эффективного управления излучением с помощью данного приема ограничена тем, что лазер с неустойчивым резонатором способен генерировать и при полностью перекрытом центральным участке сечения (наподобие лазера с плоским слегка разъюстированным резонатором). Поэтому если в аппендиксе находится, например, затвор и приосевой участок в данный момент заперт , а порог генерации при этом повышается незначительно, [c.229]

Отсюда, кстати, вытекает важное следствие, касающееся обычных лазеров с широкоапертурными неустойчивыми резонаторами. Бывает, что ка-кое-либо возмущение на центральном участке сечения сильно снижает потери пустого резонатора, а с ними и порог генерации соответствующего лазера. Может показаться, что это должно приводить к существенному повьшиению мощности генерации. Однако в действительности изменение условий на небольшом приосевом участке может сильно повлиять на выходную мощность только в том случае, если лазер до этого был близок к порогу генерации. При большом превышении порога выходные параметры мало чувствительны к изменениям плотности излучения на небольшом участке сечения независимо от того, вызваны ли эти изменения влиянием местных возмущений или излучение туда подается, как в управляемом лазере, от внешнего источника. [c.234]

Естественно, что, как и в лазере на красителе, в ПГС с синхронной накачкой принципиальную роль играет точное согласование длины резонатора с периодом следования импульсов накачки. Ширина син-хрорезонансной характеристики уменьшается по мере уменьшения длительности импульсов накачки и несколько увеличивается при значительных превышениях пороговых значений интенсивности накачки. Существенно, что в параметрических генераторах синхрорезонансная характеристика имеет, как правило, два максимума, соответствующие групповому синхронизму для сигнального и холостого импульсов. Как показано в [3], энергетическая эффективность ПГС с синхронной накачкой достигает максимума при четырех- пятикратном превышении порога генерации. [c.258]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...