Коэффициент усиления активной среды

Из уравнения (11.4.9) следует, что величина определяет коэффициент усиления активной среды на л-й моде колебаний для малого сигнала. Поэтому условие самовозбуждения л-й моды колебаний можно записать в виде ао > йз/2 . Это означает, что усиление превышает потери в резонаторе на соответствующей частоте. Физический смысл остальных коэффициентов уравнений (11.4.9) и (11.4.10) будет выяснен ниже. [c.362]

Рис. 1.5. Зависимость коэффициента усиления активной среды К Рис. 1.6. Изменение заселенности от интенсивности резонансного верхнего уровня при включении и излучения выключении накачки

Таким образом, в том случае, если коэффициент усиления активной среды Ко превышает пороговый коэффициент усиления резонатора /С , в лазере возникает стационарная генерация и он начинает излучать электромагнитные колебания. Интенсивность излучения на выходе лазера определяется плотностью фотонов в резонаторе, движущихся в сторону полупрозрачного зеркала, и прозрачностью выходного зеркала и составляет [c.39]

Коэффициент усиления активной среды СОг-лазера существенно зависит от температуры рабочей смеси Т . Немонотонный характер этой зависимости можно проследить при внимательном изучении выражения (4.8). [c.122]

Наличие большого дипольного момента необходимо, но оно не гарантирует большой величины соответствующего матричного элемента F/ -перехода и большого коэффициента усиления активной среды. Кроме этого, оказываются важными значения характеристических чисел для данных вращательных переходов возможности выбора этих параметров ограничены наличием случайных совпадений линий поглощения с линиями генерации лазера накачки. [c.150]

Время жизни ионов на энергетических уровнях. Для уменьшения пороговой мощности накачки лазера желательно в качестве верхнего уровня рабочего перехода иметь метастабильный уровень. Время жизни ионов на нижнем уровне рабочего перехода, наоборот, желательно иметь как можно меньше, чтобы не допускать падения коэффициента усиления активной среды за счет заселения этого уровня. В общем случае время жизни ионов на энергетических уровнях определяется, как отмечалось выше, излуча-тельными и безызлучательными переходами ионов между уровнями. На рис. 1.8 представлены результаты исследований, проведенных в ряде работ. Рассмотрим их подробнее. [c.19]

Для того чтобы производить оценки энергетических параметров лазерного излучения, необходима информация о коэффициенте усиления активной среды, который в свою очередь определяется инверсной населенностью рабочих уровней среды. [c.28]

Как обсуждалось во введении и 1.2, населенности энергетических уровней ионов неодима активной среды определяются совокупностью процессов накачки и спонтанных излучательных и безызлучательных переходов между уровнями активных ионов. Поэтому необходимо уметь рассчитывать населенности основных уровней энергии ионов неодима с учетом указанных процессов. В общем виде эта задача решается сложно, однако применительно к нашему случаю (близости среды к идеальной четырехуровневой) с достаточной степенью точности при отсутствии генерации могут быть получены простые аналитические выражения для численных оценок населенностей основных лазерных уровней. Эти выражения позволяют оценить пороговые значения мощности накачки и инверсной населенности, коэффициент усиления активной среды, стационарное значение инверсной населенности и т. д. Все эти параметры играют важную роль в лазерах и непосредственно использу- [c.28]

Критическая мощность потерь представляет собой ту добавку к введенной ранее критической мощности, которая доводит инверсию населенностей и коэффициент усиления активной среды до пороговых значений Л пор, [c.58]

Для того чтобы получить наглядные и простые выражения для пороговой энергии накачки и затем энергии излучения лазера (за импульс), примем форму импульса накачки прямоугольной. Для наиболее часто используемых колоколообразных импульсов накачки всегда можно найти эквивалентный по энергетическим характеристикам аппроксимирующий прямоугольный импульс. Кроме того, нередко и на практике применяют прямоугольные импульсы накачки. С учетом этого для описания изменения концентрации инверсии населенности рабочих уровней лазера и соответственно коэффициента усиления активной среды Кл для всего импульса накачки можно использовать выражения, полученные для случая непрерывной накачки [c.61]

Все источники технических нестабильностей лазерного излучения оказывают свое влияние на генерацию через два основных параметра лазера коэффициент усиления активной среды и коэффи- [c.90]

В некоторый момент времени to, когда инверсная населенность (и соответственно коэффициент усиления) активной среды достигают заданных значений A/ po( o), потери резонатора резко уменьшаются до минимальных, определяемых остаточными потерями элементов и пропусканием выходного зеркала. С этого момента начинается второй этап линейного развития генерации, в течение которого мощность излучение в резонаторе (и на выходе) медленно нарастает практически по линейному закону, начиная со спонтанного уровня. Поскольку в этот период излучение имеет уже вынужденный характер, то происходит формирование его пространственной и спектральной структур. Длительность этапа линейного развития хотя и существенно превосходит длительность последующего импульса излучения, однако значительно-короче характерного времени нарастания инверсной населенности Т, Поэтому инверсная населенность активной среды под дей- ствием источника накачки за это время практически не увеличивается. Также мало изменяется (уменьшается) инверсная населенность под действием поля излучения, поскольку его мощность остается весьма малой. [c.132]

Начальный коэффициент усиления активной среды определяется энергией накачки лазера и при %м<.Т и малых потерях энергии на выравнивание населенностей рабочих уровней имеег вид [c.137]

Оптимизация коэффициента отражения выходного зеркала резонатора. Аналитические зависимости для мощности излучения лазера, коэффициента использования запасенной энергии и оптимального коэффициента отражения выходного зеркала громоздки, а зависимость параметров от температуры в них проявляется неявно. Поэтому для инженерной оценки влияния теплового режима активного элемента на эти величины часто пользуются графическими представлениями соотношений. Покажем на примере моноимпульсного лазера возможность применения этого метода для определения оптимального коэффициента отражения зеркал резонатора с учетом температурной зависимости коэффициента усиления активной среды. Проведем этот анализ применительно к АИГ Nd, для которого указанная зависимость сильнее, чем у стекла. [c.156]

Отметим еще одну причину, вызывающую необходимость выбора определенного рабочего диапазона температуры активного элемента лазера. Это так называемое двоение импульса генерации в моноимпульсных лазерах с медленно изменяющимся во времени значением потерь в лазерном затворе и в лазерах с пассивным лазерным затвором из-за влияния колебаний температуры на начальный коэффициент усиления активной среды. [c.159]

Результаты, по которым построена кривая 1, хорошо согласуются с результатами работы [210 Эффективный коэффициент усиления активной среды УМ достигал значений 10 -(кривая 2), когда входная мощность составляла единицы и доли милливатт. [c.135]

Коэффициент усиления активной среды 5, 10, 21, 135 КПД АЭ 93, 96, 149, 156, 221, 222, 226, 227 [c.305]

В некоторых случаях важно учесть расстройку частоты генерации резонатора относительно частоты, соответствующей максимуму кривой коэффициента усиления активной среды. Соответственно необходимо также учитывать спектральную зависимость коэффициента усиления G и полного усиления А, так что в общем случае мы имеем А = А (I, J, ). Кроме того, не всегда можно пренебречь и набегом фазы, обусловленным активной средой. В этом случае обычно вводится фазосдвигающая цепочка с функцией отклика oj, а ) = = ехр[-/)8 (/, J, а> )] (где ]3 (/, о), — нелинейная функция, зависящая от интенсивности / ) в цепи обратной связи, показанной на рис. 7.3. [c.483]

Здесь Ум — частота, соответствующая максимальной интенсивности в спектре излучения лазера, р — коэффициент постоянных потерь, / — длина активной среды, р — отношение коэффициента поглощения в центре исследуемой линии поглощения к изменению коэффициента усиления активной среды в полосе 2у. Все обозначения соответствуют [24]. Отметим, что (5.8) переходит в (5.6) с погрешностью <1 % при р 2- 10 и 10 % при 200. Эти условия по параметру р и определяют область применимости временного подхода. [c.121]

Можно переписать (1.31) через коэффициент поглощения (2.69) в такой среде. Это соотношение между показателем преломления и коэффициентом поглощения имеет более широкую область применимости, чем классическая лоренцевская теория электрона (гл. 2, п. 4.10.1). Поэтому мы также можем заменить в окончательном выражении коэффициент поглощения на коэффициент усиления активной среды а( ц) из (1.24) и получить форму.1у [c.31]

Исследования продемонстрировали жизнеспособность лазеров с неустойчивыми резонаторами. Была показана целесообразность применения таких резонаторов при достаточно высоких значениях коэффициента усиления активной среды — не ниже 10—20% на проход [43]. Оказалось, что неустойчивые резонаторы обладают рядом преимуществ по сравнению с устойчивыми (см. [44], а также [2], гл. 23). [c.197]

На линейном этапе развития генерации происходит установление генерации в приосевой области активного элемента в течение нелинейного этапа генерация развивается в поперечном направлении. При увеличении коэффициента усиления активной среды и уменьшении апертуры длительность процесса растекания генерации по поперечному сечению активного элемента уменьшается. [c.350]

Итак, мы видим, что (в стационарном состоянии) коэффициент усиления активной среды растет с увеличением скорости накачки (за счет роста Jf) до тех пор, пока коэффициент усиления не станет равным потерям в расчете на единицу длины, после чего наступает насыщение, и коэффициент усиления перестает расти с увеличением скорости накачки. Это понятно, если принять во внимание то обстоятельство, что инверсия населенностей при этом снижается до своего порогового значения. [c.182]

Коэффициент усиления измеряется двумя методами. В первом методе кювета с активной средой помещается в резонатор, у которого предварительно тщательно измерены потери. В этот же резонатор вставляют кварцевую пластину, как и при измерениях коэффициента отражения зеркал, потери которой известным образом зависят от угла ее поворота. Разворачивая эту пластину, доводим генерацию с исследуемой кюветой до порога. Затем оцениваем общие потери резонатора и по ним — коэффициент усиления активной среды. Для определения зависимости усиления от мощности (или тока) накачки такие измерения проводятся при нескольких значениях величины накачки. Точность этого метода не превышает десятков процентов от измеряемой величины (10—20%). [c.243]

Влияние повышения температуры активной среды и термооптических искажений элементов лазера на коэффициент усиления в среде и параметры резонатора (см. гл. 2) вызывает необходимость еще на стадии разработки лазера предусматривать компенсацию вредного воздействия этих эффектов на характеристики излучения. Однако из-за того, что одна и та же модель лазера может использоваться в различных технологических установках (при этом лазер эксплуатируется при разных режимах), полная компенсация не всегда технически реализуема. В таких случаях представляется необходимым заранее рассчитать пределы ожидаемого изменения характеристик лазера и предусмотреть возможности перестройки резонатора лазера в соответствии с изменением рабочих режимов. [c.145]

Поскольку размер активных центров порядка 10 см, а характерный масштаб пространственной неоднородности поля У2, т.е. 10" см, в видимом диапазоне спектра, то инверсная населенность активной среды в области узла поля не питает данную моду. Усиление же этой моды обеспечивается инверсной населенностью в области пучности поля моды. Таким образом, в случае полного заполнения резонатора активной средой коэффициент ее использования только 50 %. При наличии нескольких мод их узлы и пучности не совпадают и поэтому инверсная населенность в узлах одной моды является источником энергии для другой. Это и есть одной из причин возникновения многомодовой генерации. С ростом числа генерируемых мод сокращается область, в которой сохраняется инверсная населенность, т. е. растет коэффициент использования активной среды. С увеличением мощности накачки ширина спектра излучения лазера достигает некоторого предела, обусловленного совместной генерацией такого числа мод, при котором воЗ [c.133]

Точные расчеты, как и приближенные, показывают, что значение определяется лишь геометрией активных эле.ментов, отражательными свойствами их боковой поверхности и достигаемым максимальным коэффициентом усиления а (у). Форма линии усиления активной среды играет при этом второстепенную роль. Для усилителей на неодимовых стеклах с большим значением ос/ р наряду с усилением спонтанных квантов в полосе 1,06 мкм потери могут быть обусловлены и усилением квантов в полосе 1,35 мкм (переход Рз/2 — Ьз/г). Хотя квантовый выход возбуждения в этой полосе у неодимовых стекол в 4—5 раз ниже, чем на основном переходе, и поперечное сечение усиления заметно меньше, в численных моделях лазеров эти потери следует учитывать. [c.88]

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]

Отражение света, происходящее из-за нелинейности среды и пространственного периодического изменения амплитуды поля, позволяет расширить наши представления о воз1 южных способах реализации положительной обратной связи в квантовых генераторах. До сих пор мы полагали, что положительная обратная связь между полем излучения и активной средой, необходимая для превращения усиливающей системы в автоколебательную (см. 225), осуществляется с помощью зеркал, отражающих волны обратно в резонатор. Рассмотренное выше нелинейное отражение света служит физической основой для иного способа реализации положительной обратной связи, применяющегося в некоторых лазерах. Пусть кювета К представляет собой активную среду (см. рис. 41.3). В направлении оси л имеет место периодическая неоднородность среды за счет нелинейных эффектов. Интерферирующими пучками / и //, создающими оптическуро неоднородность, могут быть пучки возбуждающего излучения. Следовательно, в данном случае отражение будет происходить в результате модуляции коэффициента усиления активной среды. Спонтанное излучение среды, испущенное в направлении оси х, будет отражаться от неоднородности и возвращаться в активную среду, что и соответствует обратной связи. Для некоторых частот обратная связь будет положительной, и при выполнении пороговых условий возбудится генерация излучения в направлении оси х. [c.828]

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]

Характерной особенностью лазеров на парах металлов является высокий коэффициент усиления активной среды. В медных лазерах он достигает 10 см и поэтому генерация в них при достаточной длине может возникать даже в отсутствие зеркал резонатора. Большой коэффициент усиления и короткие импульсные излучения возво-ляют получать достаточно высокие импульсные и средние мощности излучения при малых габаритах лазеров. [c.163]

Лазеры на красителях с синхронной накачкой. Сущность метода синхронной накачки заключается в модуляции коэффициента усиления активной среды с помощью оптической накачки импульсами, частота следования которых равна или кратна частоте обхода резонатора генерируемым импульсом. Выходное излучение синхронно-накачивае-мого лазера представляет собой непрерывный или ограниченный цуг импульсов, следующих синхронно с импульсами накачки. Для осуществления нестационарной модуляции усиления в активной среде импульсы накачки должны иметь длительность t , существенно меньшую, чем время жизни населенности рабочего уровня Ti, и энергию, превышающую пороговую для самовозбуждения лазера. Режим синхронной накачки эффективен в тех случаях, когда период следования импульсов накачки Ти превышает время жизни рабочего уровня, T Ti. В этой ситуации происходит быстрое формирование импульсов генерации из шумовых затравок спонтанной люминесценции. [c.248]

При последующих проходах наблюдается быстрое уменьшение длительности и значительный рост интенсивности генерируемого импульса, что связано с временной модуляцией усиления. Задержка относительно импульса накачки при этом практически не меняется. Затем, по мере насыщения усиления, вершина импульса генерации смещается ближе к импульсу накачки и рассогласовывается с максимумом усиления. Этот процесс приводит к стационарному режиму, когда рост коэффициента усиления за счет накачки компенсируется его убылью за счет импульса генерации. Такое изменение во времени коэффициента усиления активной среды и задержки подробно исследовалось [c.256]

Из всего спектра мод тип колебаний ЕНц выделяется сравнительно невысокими полными потерями энергии и большим КПД. Для субмиллиметровых ГЛОН в случае da/a О, И-г-0,2 этот тип колебаний является энергетически самым выгодным. В случаях d /a > 0,2 высокий КПД и низкие потери (кроме ЕНц) имеют уже типы колебаний TEoi, TE i, TH i, THq . При этом более низкие полные потери мод T oi и обеспечивают этим модам (особенно в случае невысокого коэффициента усиления активной среды ГЛОН) конкурентную способность по отношению к основным типам колебаний. Большая глубина селекции типов колебаний ТЕ и THq одновременно с различием поляризации этих мод делает возможным создание одномодового волноводного лазера. [c.169]

Поскольку при модуляции добротности достигается большой начальный коэффициент усиления активной среды /Со, то прозрачность выходного зеркала может быть заметно выше, чем при свободной генерации. Приближенный анализ оптимальных суммарных потерь излучения в резонаторе приведен в [41]. С точки -Зрения максимума внутрирезонатбрной мощности и минимума. длительности импульса излучения лазера потери резонатора должны быть такими, чтобы выполн ялось соотношение Npo/ p.nop = = 3,5 (при этом накачка считается заданной). В принятых нами обозначениях это соответствует превышению порога генерации - чх = 3,5. Для практики, как правило, интерес представляет не внутрирезонаторная, а выходящая наружу мощность излучения. В этом случае необходима искать оптимальное значение не пол- ных Кпу а только излучательных (через выходное зеркало) потерь резонатора Кр, считая внутрирезонаторные потери заданными, к . [c.136]

Целесообразность подобного разделения потерь связана с тем, что во всех формулах предыдущего анализа фигурировали именно гауссовые потери 7о, а не общие потери основной моды 7, которые важны с энергетической точки зрения. При дифракционном выводе излучения из резонатора существует понятие оптимального уровня общих дифракционных потерь 7опт которое вполне аналогично понятию оптимального пропускания выходного зеркала опт, фигурирующему в резонаторах с выводом излучения через обычное полупрозрачное зеркало. При достижении оптимального уровня дифракционных потерь, при данном уровне накачки, мощность выходного излучения максимальна. Известно, что нри росте коэффициента усиления активной среды уровень оптимальных потерь возрастает и составляет для импульсных твердотельных лазеров величину 7опт — 0,6 0,9. [c.238]

Можно сказать, что наличие отражающих зеркал не является необходимым прн достаточно высоких значениях коэффициента усиления активной среды. Именно поэтому могут работать в режиме сверхсветимости (т. е. без зеркал) лазеры на самоограничеи-ных переходах, в частности лазер иа парах меди (см., например, [8] гл,8.)., а акже водородный и азотный лазеры, генерирующие в [c.105]

Коэффициент усиления активной среды при неоднородном ушнре-нии линии за счет эффекта Допплера выражается следующим интег- [c.226]

Помимо усиления активной средой, существует ряд факторов, которые уменьшают амплитуду волны внутри резонатора. Коэффициенты отражения зеркал резонатора не равны единице. Более того, для вывода излучения из резонатора по крайней мере одно из зеркал делается частично прозрачным. Кроме того, при распространении излучения вдоль оси резонатора будут и другие потери энергии потока излучения, вызванные его дифракцией, рассеянием в среде, заполняющей резонатор и т. д. Все эти потери энергии можно учесть, введя для зеркал некоторый эффективный коэффициент отражения Гэфф> который меньше значения истинного коэффициента отражения зеркал г. [c.780]

Происходит ли генерация данной модыэто зависит оттого, превышает ли усиление активной среды различные внутренние потери на частоте конкретной моды. Мы говорим, что данная мода находится вблизи порога , если для нее усиление равно потерям. Усиление можно увеличить, увеличив мощность накачки. Но, когда начинается генерация, нелинейности процесса приводят к насыщению коэффициента усиления, так что он перестает возрастать с увеличением мощности накачки. Прн этом, как мы увидим, статистические свойства испускаемого излучения определяются степенью превышения порогового уровня накачки. Кроме того, с увеличением мощности накачки, вообще говоря, порога достигают и другие моды резонатора и на выходе появляется ряд генерируемых линий с разными частотами. [c.139]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...