Уширение линии неоднородное однородное

Рис. 109. Насыщение усиления активной среды (1—к°(т) 2—к )) а—при однородном уширении линии, б — при наличии неоднородного уширения

Рис. 111. Генерация продольных мод ОКГ (1—K°(v) 2—K(v)) а — при однородном уширении линии б — при наличии неоднородного уширения (Avh>Av>Avj )

В данном разделе мы кратко обсудим различные механизмы уширения линии и связанные с этим свойства функции g(Av). Сразу же введем играющее важную роль различие между однородным и неоднородным механизмами уширения. Будем называть механизм уширения линии однородным, когда линия каждого отдельного атома и, следовательно, всей системы уширяется в одинаковой степени. Наоборот, механизм уширения линии будем называть неоднородным, когда он действует таким образом, что резонансные частоты отдельных атомов распределяются в некоторой полосе частот и, следовательно, линия всей системы оказывается уширенной при отсутствии уширения линии отдельных атомов. [c.41]

В предыдущих двух разделах мы рассмотрели несколько важных примеров как однородного, так и неоднородного механизмов уширения линии. Мы убедились, что по крайней мере [c.52]

Таким образом, можно сделать вывод, что лазер всегда имеет тенденцию работать в многомодовом режиме. Прп однородном уширении линии усиления это является следствием пространственного выжигания дырок, а в случае чисто неоднородной линии — следствием только спектрального выжигания дырок, поскольку моды взаимодействуют с различными наборами атомов и механизм пространственного выжигания дырок не играет никакой роли. Следует, однако, заметить, что в случае однородной линии при генерации нескольких мод с частотами вблизи центра линии усиления явление пространственного выжигания дырок усредняется наличием указанных мод. В этих условиях однородный характер линии не позволяет генерировать модам, находящимся дальше от центра линии усиления. Поэтому в случае однородной линии (по сравнению с неоднородной) допустима генерация для меньшего числа мод, находящихся вблизи максимума контура усиления. [c.257]

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]

После этого предварительного рассмотрения АМ-синхронизации мод можно исследовать физические явления, которые определяют длительность импульсов в режиме синхронизации мод. В зависимости от того, однородно или неоднородно уширенной является лазерная линия, эти явления оказываются совершенно различными. В случае неоднородно уширенной линии и при значительном превышении над порогом полоса генерации Av ген стремится занять всю шири-ну лазерной линии Avo-Предполагая, что амплитуды мод имеют гауссово распределение, из выражения (5.116) получаем [c.314]

Механизмы активной синхронизации мод лазеров с однородно и неоднородно уширенными линиями усиления сильно различаются. [c.136]

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]

Это выражение показывает, что исходное состояние восстанавливается с точностью до релаксационного множителя ехр(—t/r2i). Таким образом, через промежуток времени 2tn вновь может наблюдаться интенсивное излучение, вызванное коллективным эффектом. Это явление называют фоновым эхом. Увеличивая время задержки и регистрируя эхо-сигнал, можно, согласно (8.72), непосредственно измерить характерное время поперечной релаксации T21. Этот путь позволяет, следовательно, определить характер уширения линии и отличить однородно уширенную линию от неоднородно уширенной. Причиной возникновения фотонного эха является то, что под действием я-импульса фазовые сдвиги, вызванные вкладом отдельных групп атомов, к моменту времени to компенсируются фазовыми сдвигами той же величины, но противоположного знака. Это значит, что опережение, достигнутое наиболее быстро колеблющимися диполями, сводится на нет соответствующим отставанием. Через промежуток времени 2ti> наиболее быстрые атомные системы снова ликвидируют это отставание. Это явление хорошо поясняется следующим модельным представлением. После прохода (я/2)-импульса все атомы стартуют одновременно, как бегуны на стадионе. Через несколько кругов синхронность бега полностью [c.319]

Проведенный выше анализ для переходов с однородно уширенными линиями может быть обобщен на переходы с неоднородным уширением. [c.323]

Нетрудно видеть, что пороговая мощность накачки для неоднородно уширенной линии лоренцевой формы совпадает с пороговой мощностью накачки для однородно уширенной линии (см. (2.84)) при условии [c.96]

Рнс. 2.12. Неоднородно уширенная линия гауссовой формы (сплошная линия). Для сравнения показана также лоренцева форма линии для перехода с однородным уширением (штриховая линия). [c.47]

Продолжим тему, начатую в предыдущем разделе, где мы рассматривали вопрос о том, как механизмы синхронизации приводят к коротким лазерным импульсам. Здесь мы сосредоточим внимание на лазере, в котором режим пульсаций возникает спонтанно, т. е. в отсутствие внешней модуляции (например, модуляции пропускания зеркал). Получение сверхкоротких импульсов в кольцевом лазере с однородно уширенной линией атомного перехода сначала было предсказано теоретически. Пульсации были обнаружены и экспериментально, но в случае неоднородно уширенной линии. Чтобы пояснить основные механизмы и способ их описания, мы представим здесь теорию возникновения сверхкоротких импуль- [c.177]

До сих пор мы проводили рассуждения для одной простой атомной системы с фиксированным положением в пространстве. Теперь перейдем к ансамблю отдельных излучающих систем. Примером может служить состоящий из атомов газ. Следует различать однородное и неоднородное уширение линий. Первое имеет место, если с точки зрения наблюдателя можно считать, что все отдельные системы излучают при одинаковых условиях, тогда как второе соответствует неодинаковым условиям. Однородное уширение существует в нашей модели, если все атомы сохраняют свои фиксированные положения в их взаимное влияние или взаимодей- [c.275]

Вначале следует сделать замечание, касающееся полуклассического описания взаимосвязи между поляризацией и напряженностью электрического поля (которая представлена в 2.3). Полученные там для процессов однородного уширения результаты могут быть перенесены на случай неоднородно уширенных систем для этой цели следует воспользоваться сказанным после уравнения (3.11-40) и ввести эффективные функции формы. Если считать процессы квазистационарными и пренебречь изменением населенностей, вызванным действием излучения, то процессы однородного и неоднородного уширения создают одни и те же эффекты, и поэтому их невозможно отличить друг от друга в эксперименте при однофотонных (а также и при многофотонных) процессах. По указанным причинам мы будем в дальнейшем рассматривать величины и соотношения, непосредственно относящиеся к эксперименту. (В п. 3.125 и разд. 3.21 мы обсудим также и такие процессы, при которых механизмы однородного и неоднородного уширения линий вызывают экспериментально обнаруживаемые эффекты.) [c.286]

Такое число мод будет возбуждено, если для них выполнены условия усиления (гл. 8). Другими словами, в системе возбуждаются колебания на тех частотах, которые для резонатора и активной среды являются общими. Вообще говоря, для возбуждения колебаний одновременно в нескольких модах усиление в лазере должно довольно сильно превышать порог генерации. Следует учитывать также и тип уширения линии (однородное или неоднородное, гл. 8, 2). [c.105]

Угловые волновые функции (Флам-мера) 71 Удвоение периода 212 Уширение линии неоднородное 47 -- однородное 47 [c.346]

Отметим принципиальное различие между радиационным и столкновитель-ным уширениями, с одной стороны, и доплеровским уширением, с другой. Вследствие затухания колебаний или влияния столкновений каждый атом излучает цуг волн конечной длительности, поэтому излучению атома соответствует весь профиль спектральной линии. Такой тип уширения называется однородным. В случае донлеровского уширения излучению разных атомов соответствуют различные частоты из общего широкого спектра. Этот тип уширения называется неоднородным. Однородное столкновительное уширение сохраняет лоренцевскую форму спектральной линии, а неоднородное доплеровское ее изменяет, формируя гауссовский профиль линии излучения ансамбля хаотически движущихся атомов. [c.218]

Когда получается однородное упп рение и чем оно отличается от неоднородного уширения линии Сравните его с естественной ылириной линии. [c.453]

В случае сложных неэллипсоидальных изоэнергетич. поверхностей наряду с уширением линии Ц. р. из-за процессов рассеяния (однородное уширение) возникает также т. н. неоднородное уширение, связанное с зависимостью от и if и с возникающим из-за этого разбросом Шс (см. выше). [c.431]

В случае когда линия является неоднородно уширенной, процесс насыщения оказывается более сложным. Поэтому мы здесь ограничимся лишь качественным его описанием (более подроб нос описание см. в задачах 2.22 и 2.23). Чтобы сохранить общ ность рассмотрения, будем считать, что уширение линии обус ловлено как однородным, так и неоднородным механизмами Следовательно, форму линии можно описать выражением (2.69) Результирующая форма линии gi(v —vo) дается сверткой вкла дов (Av) от однородно уширенных линий отдельных атомов Таким образом, в случае поглощения результирующий коэффи циент поглощения можно изобразить кривой, как показано на рис. 2.18, В этом случае при проведении эксперимента по схеме, представленной на рис. 2.15, падающая волна с интенсивностью I(v) будет взаимодействовать лишь с теми атомами, резонансные частоты которых располагаются вблизи частоты v. Соответственно только в этих агомах будет иметь место насыщение уровней, когда величина I (г) станет достаточно большой. При [c.79]

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]

Рис. 1.5. Однородный и неоднородный вклады в контур линии. Если неоднородное уширение линии вызвано эффектом Доплера, то эффективная резонансная частота на основании формулы ы21 = ы 2 l(l+v/ ) зависит от компоненты скорости атома в направлении источника света (при поглощении) и в направлении приемника света (при излучении). При максвелловском рас-лределеиии скоростей имеем

Эти значения примерно на порядок превышают типовые экспериментальные результаты. Причину такого расхождения наряду с отмеченным выше следует искать в действии неоднородного уширения линии. Так, например, неоднородное уширение линии в стекле с неодимом составляет АУнеодн Ю Гц, а однородное уширение — Av 5-10 Гц, в то время как время поперечной релаксации 7 неодн 70 мкс. В течение линейной фазы [c.255]

Из теории лазеров с многомодовыми резонаторами следует, что в идеальном случае однородно уширенной линии при скоростях накачки, значительно (примерно на 50%) превышающих пороговую, большая часть излучаемой мош,ности сконцентрирована в одной или в крайнем случае в нескольких модах (в тех, у которых наибольшая добротность и частота которых расположена вблизи центра линии, где усиление максимально). С многомодовым режимом работы мы почти всегда имеем дело в твердотельных лазерах. Это обусловлено разными причинами. Во-первых, большинство лазерных переходов уширено либо неоднородно, либо смешанно (однородно и неоднородно). При однородном уширении усиление уменьшается одинаково по всей линии. При неоднородном же уширении усиление уменьшается только в непосредственной близости от частоты генерации и лишь совсем незначительно на остальных частотах. Это явление известно под названием образование провалов . [c.75]

Однородное и неоднородное уширения Факторы, приводящие к уширению линий излучения, можно разделить на две группы. Одна группа вызывает в излучении каждого атома одинаковое изменение линии излучения Такое уширение лихшй излучения называется однородным. [c.69]

I режде чем исследовать форму спект- ральной линии, обусловленную эффектом Доплера, отметим принципиальное отличие между допле-ровским уширением и рассмотренными выше радиационным и столкновительным уширениями. Это различие заключается в следующем. Радиационное и столкновительное уширение обусловлены тем, что каждый атом излучает цуг волн ограниченной длительности, характеризуемый определенным спектром частот. Поэтому излучению отдельного атома соответствует весь профиль спектральной линии, так что невозможно приписать определенную частотную компоненту внутри излучаемой линии какому-либо отдельному атому источника (или группе атомов). Такой тип уширения обычно называют однородным. В случае доплеровского уширения излучению разных атомов соответствуют различные части профиля спектральной линии источника, т. е. возможна идентификация определенной группы атомов по интервалу излучаемых частот в пределах контура линии. Этот тип уширения называют неоднородным. [c.58]

Спектр генерации при отсутствии селектирующих элементов. Даже в отсутствие селектирующих элементов в резонаторе спектр генерируемого излучения обужается по сравнению со спектром полосы люминесценции. Это связано с многопроходовым характером генерации, который приводит к усилению неравенства интенсивностей отдельных мод, определяемым контуром полосы усиления и процессами миграции энергии внутри этого контура. Наиболее просто анализ спектральных особенностей генерации проводится для однородно уширенной линии усиления (или эквивалентной ей неоднородной линии с временем кросс-релаксации, меньшим длительности генерируемого импульса). Для определенности будем считать, что линия усиления имеет лоренцев контур (см. гл. 2) с шириной Avл. [c.227]

Одним из важных условий генерации одночастотного излучения является устранение продольной неоднородности поля (стоячих волн) в активном элементе, осуществляемое, например, с помощью двух четвертьволновых пластинок или в кольцевом резонаторе с. однонаправленным режимом генерации. Так как неодимовое стекло, обладает широкой неоднородно-уширенной линией, одного устранения неоднородности выжигания инверсии обычно оказывается недостаточно для реализации одночастотного режима работы. Как уже упоминалось, ширина спектра излучения в этом случае составляет 4—6 см 1, причем спектр имеет тонкую структуру на частоте межмодовых биений. Для дальнейшего сужения спектра необходима его селекция, заключающаяся в искусственном введении потерь в узкой области частот (рис. 5.16) с шириной меньше однородной ширины линии усиления, чтобы устранить рассмотренный ранее эф кт вилки . Как правило, приходится применять несколько (обычно 2—3) ступеней селекции с постепенно уменьшающимися полосами пропускания. Необходимую для одночастотного режима работы полосу пропускания наиболее узкополосного селектора можно [c.230]

В остальной части этого раздела рассмотрим процесс установления непрерывной генерации в одномодовых лазерах с однородно уширенной линией лазерного перехода. Хотя такая ситуация встречается редко, однако в этом случае рассмотрение оказывается не столь сложным, как при неоднородном уширении линий. Тем не менее к последнему случаю мы будем иногда обращаться [44]. [c.547]

Затухание излучения и доплеровское уширение являются прототипами однородного и неоднородного уши-репий. Полученные здесь для них выводы соответственно применимы и к другим механизмам уширения в табл. 3 содержатся качественные и количественные данные для различных важных случаев. Их следует сравнить с численными значениями, входящими в уравнение (В 1.11-2). Большинство указанных величин вытекает из приведенных выше ВЫВОДОВ, но следует дать дополнительные разъяснения Е является напряженностью внешнего электрического поля, действующего в месте нахождения атомной системы (для этого механизма при электронных переходах относительное уширение линий по порядку величины равно отношению / атом это отношение у нас уже встречалось при оценках в разд. 2.11) v есть скорость, с которой атомная система движется в поле луча диаметром I. [c.277]

Последний результат поддается простой физической интерпретации. В случае неоднородно уширенной линии перехода излучение взаимодействует только с теми атомами, видимые резонансные частоты которых отстоят от частоты излучения не далее чем на величину однородно уширенной лшши. Так как часть атомов, удовлетворяющая этим условиям, дается отношением ширины однородной к ширине неоднородной линии, то усиление на неоднородно уширенном переходе по сравнению со случаем чисто однородно уширенного ниже во столько же раз. [c.33]

В гл. 8 мы рассмотрим насыщение усиления как в случае однородно, так и неоднородно уширенной линии лазерного перехода и получим в явном виде выражения для выходной мощности лазерного генератора как функции параметров резонатора и характеристик разряда. Зависимость уровня насыщения усиления ог длины приводится в гл. О прн обсуждении формализма лэмбов-ской теории. [c.34]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...