Флуктуации лазерного излучени

Из уравнения (3.12-35) явствует, что отношения 6( )/ и (О/ можно трактовать соответственно как амплитудные и фазовые шумы. Соотношения (3.12-36а, б) по своей структуре таковы, что их можно сравнить с уравнениями для движения частиц. Первое уравнение соответствует движению под действием статистической силы при одновременном влиянии силы, противодействующей растяжению эта возвращающая сила возрастает с увеличением следовательно, (р — V ). Второе уравнение соответствует движению под действием некоррелированной статистической силы той же напряженности, но в отсутствие возвращающей силы. Таким образом, между амплитудными и фазовыми шумами имеется качественное различие флуктуация фазы определяет (особенно при достаточно больших ) существенным образом флуктуации лазерного излучения, и поэтому в [c.308]

В работе [25] отмечается, что в большинстве практических случаев чувствительность метода снижается на 3—4 порядка из-за флуктуаций лазерного излучения, различного рода фоновых сигналов и несовершенства приемно-передающей системы. Этот метод применяется для определения спектрального пропускания атмосферы на горизонтальных и слабонаклонных трассах при длине трассы 10 км и более. Атмосферный спектрофотометр состоит из лазерного (или теплового) источника и приемной системы в конечной точке трассы (возможно возвращение луча к месту расположения источника поворотным зеркалом, расположенным в средней точке трассы). Серьезной проблемой в таких измерениях является перехват всего пучка, прошедшего через трассу, так как размеры пучка и его положение на входной апертуре приемника флуктуируют из-за рефракции и турбулентности. [c.194]

ГЛАВА 7. ФЛУКТУАЦИЯ ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ НА ЛОКАЦИОННЫХ ТРАССАХ В ТУРБУЛЕНТНОЙ [c.164]

Без верхний В. А., Грачева М. Е., Гурвич А. С. и др. Пространственно-временная структура поля турбулентных флуктуаций лазерного излучения//Изв. вузов. Радиофизика.— 1981.— Т. 24, № 2.— С. 135—142. [c.249]

Тиме Н. С. Оценка спектра турбулентности в интервале диссипации по измерениям флуктуаций лазерного излучения//Изв. АН СССР. Физика атмосферы и океана.— 1972.— Т. 8, № 1.— С. 91—92. [c.264]

Роль флуктуаций. В приведённых рассуждениях не учитывались флуктуационные процессы — квантовые флуктуации дл.-магн. поля и дипольного момента атома, а также флуктуации мощности накачки, вибрации длины резонатора и т. д. Флуктуации ограничивают степень монохроматичности генерируемого излучения. Тем не менее монохроматичность лазерного излучения весьма высока. Предельная. монохроматичность, обусловленная квантовыми, флуктуациями, даётся - соотношением [c.547]

Неполная П. к. одномодового лазерного пучка (или естеств. угл. расходимость, или стохастич. блуждание), обусловленная принципиально не устранимыми флуктуациями — спонтанным излучением лазера, влияет, очевидно, на разрешающую способность и информативность систем оптич. записи и считывания информации. [c.153]

Исследование флуктуаций в лазерах представляет интерес для анализа динамики его излучения знание статистич. свойств лазерного излучения определяет возможности использования лазеров в разл, приложениях. [c.664]

Этот выходной пучок от ртутной лампы теперь имеет такую же пространственную и временную когерентность, что и Не—Ne-лазер. Поэтому естественно спросить, обладает ли этот свет точно такими же характеристиками когерентности, как и лазерный пучок. Ответ на такой вопрос является отрицательным. Несмотря на предпринятые меры, которые столь отрицательно сказались на выходной мощности, лазерное излучение все же более когерентное, чем отфильтрованный свет лампы. Это различие обусловлено, как показано в разд. 7.4, разными статистическими свойствами двух источников света. В разд. 7.4 мы действительно показали, что флуктуации пучка непрерывного лазера по существу состоят из случайных колебаний его фазы в пределах угла 2я (рис. 7.1,а), в то время как флуктуации теплового излучения обусловлены случайными движениями в окрестности начала координат точки, представляющей величину E t) в плоскости < >, Если теперь два пучка приготовлены таким образом, что они имеют одинаковую временную когерентность, то скорость движения этой характерной точки для обоих случаев на рис. 7.1, а, б будет той же самой. Если затем сделать так, что оба пучка будут иметь одинаковую пространственную когерентность, то указанная скорость движения будет той же самой [c.472]

Статистические характеристики лазерного излучения при малых амплитудных флуктуациях (упрощенные формулы) [c.44]

Обобщая все изложенное ранее, нетрудно составить описание лазерного излучения, учитывающее и пространственные флуктуации и отклонение от монохроматичности. По аналогии с (1.1.11) к [c.18]

Фотоны как частицы с целочисленным спином подчиняются статистике Бозе—Эйнштейна. Кроме того, обычные световые источники создают сильно невырожденные пучки света. Вырождение фотонов, характерное для лазерного излучения, приводит к флуктуациям интенсивности, которые превышают теоретические флуктуации, если рассчитывать поток фотонов на основе классической статистики Пуассона [20]. Роль параметра вырождения б (среднее число фотонов светового пучка в одном и том же квантовом состоянии или в одной ячейке фазового пространства) будет очевидна из того, что говорится ниже. [c.464]

Описанный метод может применяться в основном для единичных измерений. Можно также облучать поверхность широким пучком и регистрировать отраженный свет матричным фотоприемником для получения картины температурного поля. Идентифицируемость сигнала отсутствует любое постороннее излучение при попадании на фотоприемник будет регистрироваться как результат отражения от исследуемой поверхности дрейф мощности лазера также воспринимается как изменение температуры, если отсутствует опорный пучок для контроля мощности и коррекции ее дрейфа. В большинстве применяемых установок ЛТ по отражению света от поверхности лазерный пучок делят на две части, и одну часть направляют на исследуемый образец, а вторую используют как опорный пучок, который не взаимодействует с образцом и детектируется отдельным фотоприемником для учета флуктуаций мощности излучения. [c.102]

Причина разброса точек связана с флуктуациями мощности лазерного излучения. Эти флуктуации не влияют на положение интерференционных экстремумов и не приводят к появлению или потере полос в интерферограмме, т. е. практически не вносят погрешностей в определение температуры методом ЛИТ. Однако флуктуации мощности падающего излучения являются источником погрешностей для термометрии по сдвигу края поглощения. Для уменьшения случайных погрешностей необходимо применять лазер со стабилизацией мощности или создавать схему с опорным пучком для более точного измерения коэффициента пропускания. [c.175]

В наиболее общей модели, чаще всего используемой для многомодового лазерного излучения, принимается, что колебания мод независимы и происходят без заметной фазовой синхронизации. Но такой моделью следует пользоваться с большой осторожностью. Если флуктуации фазы обусловлены колебаниями граничных зеркал лазера, то ясно, что флуктуации различных мод будут статистически зависимыми. Кроме того, если фазовые флуктуации являются неотъемлемой частью механизма колебаний, то лазер является существенно нелинейным прибором и в результате этих нелинейностей может возникать значительная связь между модами. Например, некоторая фазовая синхронизация имеет место, если частотная компонента, генерируемая за счет нелинейного взаимодействия между двумя модами, совпадает с частотой некой третьей моды. Такие эффекты особенно существенны в лазере, работающем значительно выше порога, где нелинейности особенно велики. (Относительно методов намеренного введения синхронизации мод в лазерах см., например, работу [4.15].) [c.145]

Вынужденное рассеяние света однородной средой. В соответствии с данными, приведенными выше о спонтанном рассеянии света однородной средой, и исходя из основных положений о спонтанных и вынужденных процессах следует предполагать, что в однородной среде должно возникать вынужденное рассеяние света, обусловленное флуктуациями плотности (давления) и те.мпературы (энтропии) среды и анизотропии молекул, составляющих сроду. Действительно, при взаимодействии мощного лазерного излучения с сжатыми газами, жидкостями, стеклами И кристаллами наблюдаются вынужденные аналоги соответствующих спонтанных процессов рассеяния. [c.131]

Охлаждение атомов за счет резонансного светового давления продолжается до тех пор, пока не вступают в процесс флуктуации импульса атома, неизбежные в процессе стохастического переизлучения большого числа атомов. При облучении вещества лазерным излучением возникает конкуренция двух процессов — лазерного охлаждения и диффузионного разогрева атомов. Установление баланса между этими процессами приводит к установлению стационарной температуры. Для двухуровневого атома последняя имеет минимальное значение порядка 10 К и определяется однородной шириной резонанс- [c.9]

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]

Рассмотрим теперь, что происходит в лазере, изображенном на рис. 7.4, благодаря наличию насыщающегося поглотителя. Будем считать, что флуктуации интенсивности излучения создают цуг волн с большой интенсивностью, неоднородной в пространстве. Если этот цуг волн попадает на насыщающийся поглотитель, то те участки цуга, интенсивность которых недостаточно велика, будут поглощаться, а участки с достаточно большой интенсивностью пройдут через поглотитель. В результате крылья лазерного импульса [c.174]

В гл. 7 мы видели, что при фазовой и частотной синхронизации мод появляются новые эффекты. Возникают, например, сверхкороткие импульсы, которые, однако, являются пока очень регулярными. В этой главе речь пойдет о том, какие еще типы поведения были обнаружены или могут ожидаться в лазере. Один из самых удивительных результатов — хаотическое лазерное излучение . Поиски этого нового типа поведения были обусловлены определенными аналогиями в динамике лазерного излучения и гидродинамике. К сожалению, термин хаос (или хаотическое излучение ) может иметь двоякий смысл, и во избежание недоразумений мы должны отметить это прежде всего. В традиционной оптике хаотическим иногда называют излучение тепловых, т. е. термически возбужденных, атомов. В этом случае никакой генерации нет. Атомы накачиваются лишь очень слабо. После возбуждения каждый атом спонтанно начинает испускать волновой цуг. Поскольку акты спонтанного испускания совершенно не коррелированы, создается полностью случайное световое поле. Ни скоростные уравнения, ни введенные выше полуклассические уравнения не позволяют адекватно описать спонтанное испускание. Тут необходимо чисто квантовое описание, и мы вернемся к этому вопросу в следующей главе. А пока что на.м нужно только помнить об одно.м важном обстоятельстве. Случайность, или хаотичность, излучения здесь создается флуктуациями, обусловленными квантовой природой спонтанного испускания. [c.204]

Итак, мы напомнили читателю некоторые основные понятия из теории фазовых переходов термодинамически равновесных систем. Если мы посмотрим на отдельные формулы теории фазовых переходов Ландау, то сразу увидим поразительную аналогию с уравнениями для лазера. В самом деле, выражение (13.11), в котором стоит функция 5 , определяемая формулой (13.10), в точности соответствует функции распределения для лазера (при г = д). Таким образом, потенциал V фиктивной частицы, введенный нами в теории лазера, играет ту же самую роль, что и свободная энергия в теории фазовых переходов систем, находящихся в термодинамическом равновесии. Кроме того, уравнение (13.18) имеет точно такой же вид, как упоминавшееся ранее лазерное уравнение. Главное различие же заключается в том, что д — действительная величина, а амплитуда поля В — комплексная. Но нетрудно перенести понятия критического замедления, критических флуктуаций и нарушения симметрии в теорию лазера. С формальной точки зрения в случае лазера мы наблюдаем точно те же явления, что и при фазовых переходах в условиях теплового равновесия. Существенное различие же в том, что лазер является системой, далекой от термодинамического равновесия. Это — открытая система, в нее постоянно накачивается энергия, и она отдает энергию наружу в виде лазерного излучения. Указанная аналогия носит чисто формальный характер. Мощность накачки, которой определяется ненасыщенная инверсия,— аналог температуры. Можно показать, что мощность излучения соответствует энтропии. Теплоемкость же заменяется дифференциальной эффективностью, т. е. изменением мощности излучения, отнесенным к изменению мощности накачки. Несмотря на формальный характер этой аналогии, исследование свойств лазерного излучения с позиций теории фазовых переходов оказалось весьма плодотворным. Тем более, что существует аналогия не только с фазовыми переходами I рода, но и с фазовыми переходами II рода. При таких переходах возникает петля гистерезиса. В определенных лазерных устройствах подобные фазовые переходы могут быть реализованы. [c.331]

Если необходимо принять во внимание быстрые изменения фазы (модуляции или флуктуации) входного излучения, то, вообще говоря, исходное уравнение (3.22-16) придется решать численно. Однако уже на основании качественных соображений можно показать, какому дополнительному влиянию подвергнется усиление интенсивности стоксовой волны усиление обнаруживает некоторые флуктуации, аналогичные флуктуациям волны накачки, и возрастает в среднем медленнее, чем при усилении в поле лазерного импульса с постоянной фазой и с той же длительностью. При очень высоких усилениях эти коэффициенты усиления сближаются [3.22-13]. [c.449]

Данная книга содержит описание как волновых, так и корпускулярных свойств света. Однако большее внимание уделено волновым свойствам. Обусловлено это тем, что большинство физических явлений, связанных с взаимодействием излучения и вещества, адекватно описывается так называемой полуклассической теорией. В этой теории поле оптического излучения рассматривается как классическое электромагнитное поле, подчиняющееся уравнениями Максвелла, тогда как поведение атомов вещества описывается квантовой механикой. Полуклассическая теория приводит к успеху при решении большинства задач оптики. Лишь в некоторых задачах, где необходим учет шумов (например, флуктуации лазерного излучения), нужно принимать во внимание не только дискретность процессов поглощения и испускания света атомными системами, но и сам факт квантования поля излучения (т. е. нужно использовать квантовую электродинамику). Интересно отметить, что даже фотоэффект, при объяснении которого в физику впервые было введено понятие фотона, может быть полностью описаи в рамках полуклассической теории. [c.10]

Полуклассическая теория лазера, которую мы представили в предшествующих главах, позволила нам объяснить и даже предсказать многие свойства лазерного излучения. Однако из этой теории следовало, что лазерная генерация устанавливается при накачке, превышающей определенный порог, а ниже этого порога вообще не возникает никакого излучения. Этот вывод нельзя считать удовлетворительным, поскольку даже без выполнения условия генерации испускание света возможно, а именно свет излучают обычные лампы. Адекватная теория лазера должна описывать переход от излучения обычных ламп к лазерному излучению, она должна охватывать излучение лампы как частный случай. Таким образом, становится очевидным, что мы упустили важный аспект теории лазеров. Чтобы разъяснить постановку вопроса, рассмотрим более внимательно явление испускания света обычными источниками. Как мы знаем, свет испускается возбужденными атомами при спонтанных переходах ). Такое излучение нельзя получить в рамках теории, которая описывает свет классически. Спонтанное излучение возбужденных атомов может быть адекватно описано только в том случае, если проквантовать световое поле. Мы знаем также, что затухание классической или квантовой величины всегда сопровождается флуктуациями. Пусть, например, световое поле в резонаторе затухает из-за пропускания зеркал. Мы должны ожидать при этом флуктуаций амплитуды светового поля. Как флуктуации, связанные со спонтанным излучением, так и флуктуации, обусловленные потерями в резонаторе, не учитываются в полуклассических уравнениях лазера. Мы увидим, что становится необходимым полностью квантовое описание лазера, если мы хотим объяснить различие между лазером и обычной лампой. Флуктуациями лазерного излучения фундаментальным образом определяются свойства когерентности лазерного света. Если же рассматривать свойства [c.249]

Белоусов С. И., Джулакян В. М., Заворотный В. У. Продольная корреляция флуктуаций лазерного излучения в модельной турбулентной среде//Изв. вузов. Радиофизика.— 1981.— Т. 24, Я 11.— С. 1345—1350. [c.250]

Гурвич А. С., Покасов В л. В. Частотные спектры сильных флуктуаций лазерного излучения в турбулентной атмосфере//Изв. вузов. Радиофизика.— 1973.—Т. 16, № 6.—С. 913—917. [c.251]

Нелинейные преобразования коренным образом изменяют статистику поля. Это хорошо известно в ста-тистич. радиофизике и в полной мере проявляется в оптике. Статнстич. свойства сформированного в установившемся режиме лазерного излучения радикально отличаются от свойств гауссовского теплового излучения. С существ, изменением статистики приходится сталкиваться при генерации оптич. гармоник и комбинац. частот, в разнообразных самовоздействиях. Многие из перечисленных эффектов имеют по существу классич. природу, квантовый характер света в них не проявляется. Тем больший интерес представляет формирование с помощью нелинейных преобразований новых квантовых состояний светового поля, новых макроскопич. квантовых состояний. Наиб, яркий пример — генерация т. н. сжатых состояний поля, возникающая при параметрич. взаимодействиях. В 60-х гг. они были исследованы для классич. полей, в 80-х гг. выяснено, что они могут реализоваться и для квантованных попей. При этом возникают нетривиальные возможности управления квантовыми флуктуациями светового поля. [c.303]

Флуктуации и шумы в лазерах. Тепловые шумы оптич, резонатора и спонтанное излучение атомов (молекул) активной среды являются принципиально неустранимыми источниками шума в лазерах. Шумы приводят к естеств. флуктуациям амплитуды и фазы одночастотного н одномодового лазера, вследствие к-рых существуют предельные значения временных и пространственных статистич. характеристик лазерного излучения естеств. ширина частотного спектра, определяемая ф-лой Шавлова — Таунса ф-ла (8) в ст. Лазер] естеств, угл. расходимость, предельная пространственная когерентность. В режиме генерации нескольких несинхронпзованных (несвязанных) продольных и (или) поперечных мод статистика излучения существенно меняется она становится практически гауссовой. [c.664]

Спектральная 1плотность шумов выходного излучения лазера в ре--зонансном пике (Qo) значительно выше (в 3,25 10 раз), чем на резонансном. фоне. Поэтому основной вклад во временные квантовые флуктуации мощности излучения лазера дает именно резонансный лик. Средний уровень относительных временных флукту-даий лазерного излучения (корень квадратный из дишерсии) Awm В полосе частот от Qi до Й2 [c.88]

Другим основным источником технических нестабильностей лазерного излучения являются флуктуации тем пературы активного элемента, приводящие к флуктуациям его термоо1Цтических искажений и населенности нижнего уровня второго рабочего перехода. Флуктуации температуры возникают в основном из-за турбулентности потока охлаждающей жидкости на поверхности активного элемента. В условиях турбулентности скорость съема тепла с поверхности элемента хаотически флуктуирует во времени. Флуктуации температуры поверхности проникают в толщу активного элемента, а теплопроводность кристалла не достаточна, чтобы быстро. выравнивать температуру по всему объему элемента. [c.90]

Ко второй группе атмосферных эффектов относятся прежде всего явления, связанные с турбулентным характером атмосферы. Турбулентные потоки воздуха обусловливают возникновение местных флуктуаций плотности атмосферы и, следовательно, изменение ее коэффициента преломления. Эти флуктуации имеют микромасштабное время корреляции порядка нескольких миллисекунд. Изменения коэффициента преломления вызывают изменение оптической длины пути луча. В результате в пределах лазерного пучка могут нарушиться существовавшие в нем фазовые соотношения. В силу случайного характера турбулентности коэффициент преломления вдоль всего пути распространения лазерного излучения изменяется случайным образом. Поэтому в качестве основной характеристики в данном случае выступает некоторый поперечный корреляционный размер ркор- В соответствии с определением ркор — есть минимальное расстояние между двумя ближайшими лучами, которые из-за прохождения участков атмосферы с различными коэффициентами преломления оказываются некоррелированными у цели. [c.52]

Последний член в выражении (9.28) имеет важное значение при анализе амплитудных флуктуаций лазерного генератора. Член (в(v))4epH —среднеквадратичное значение выходного сигнала анализатора, когда фотоумножитель освещается излучением черного тела с интенсивностью Было получено тео- [c.467]

Хотя подходящая фильтрация фактически устраняет вышеупомянутые источники шумов, имеются две дополнительные компоненты шума из-за стимулированного излучения, которые присутствуют в прошедшем свете. Это шумы деполяризации и флуктуации выходного излучения лазера, обусловленные конкуренцией двух разных переходов с одного и того же верхнего лазерного уровня [37]. Рассмотрим деполяризационные шумы. Если использовать зеркала в качестве окошек разрядной трубки, то выходное излучение газового лазера будет почти неполяризованным. Выходные шумы спонтанного излучения будут практически в 2 раза больше, чем у лазера с внешними зеркалами, поскольку в выходящем свете присутствуют все направления поляризации. Когда используется лазер с внешними зеркалами, выходное излучение частично поляризовано благодаря ослаблению при многократном прохождении через лазерную трубку той компоненты светового потока, которая хорошо отражается от брюстеровских окошек. Простейший метод подавления этого источника шумов, когда выходное излучение лазера частично поляризовано, заключается в использовании хорошего [c.470]

Сложнее обстоит дело с объяснением эффекта накопления в случае отсутствия поглощающих включений. Экспериментально показано, что зпаче11ие порога оптического пробоя среды зависит как от свойств самого материала, так и от особенностей пространственного и временного распределения в нучке лазерного излучения, действующего на среду. Установлено, что нри отсутствии флуктуаций интенсивности воздействующего лазерного и.злучения (использование одночастотного излучения с хорошо контролируемыми пространственными и энергетическими характеристиками) эффект накопления отсутствует [1401. Возможно, что в случаях, когда эффект накопления наблюдался, контроль флуктуаций интенсивности. ча.к рного излучения был недостаточны.м. В цело.м же вопрос о физических механизмах, обусловливающих эффект накопления в стеклах, требует дальнейшего изучения. С практической же точки зрения эффект накопления в условиях многократного воздействия на стекло лазерного излучения, имеющего определенный уровень <1)луктуаций интенсивности (за счет многомодового характера излучении, интерференции и т. д.), всегда присутствует, в результате чего оптическая стойкость активных элементов из неодимового стекла при числе вспышек воздействующего и.злучения оказывается в 4—5 раз ниже, чем при однократном воздействии. Оптическая стойкость неодимовых стекол может быть описана для Этого случая, как и раньше, формулой (1.38), в которой коэффициент А следует принять равным примерно 4—5. [c.57]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...