Лазер многомодовый

На рис. 55 показаны зависимости Df от //Dq и d от Df, рассчитанные по формулам (82) и (84) для основной моды и многомодового излучения СО 2-лазера (к = 10,6 мкм) и лазера на ИАГ (А, = 1,06 мкм), обеспечивающих излучение около 1 кВт мощности [177]. [c.88]

Под энергетической расходимостью излучения лазера понимают плоский или телесный угол при вершине конуса, внутри которого распространяется заданная доля энергии или мощности пучка излучения [88]. Чаще всего расходимость определяют на уровне половинной интенсивности или на уровне, где интенсивность падает в е раз от максимальной величины. Такое определение расходимости справедливо для сравнительно однородного по сечению луча, соответствующего основному типу колебаний (ТЕМ 00 ) резонатора. В случае многомодового излучения говорят о диаграмме направленности, понимая под этим угловое распределение энергии или мощности излучения в дальней зоне пространства, т. е. на таких расстояниях I > от излучателя, когда погрешности в фазах колебаний, складывающихся в точке наблюдения от всех элементарных участков апертуры луча D, малы по сравнению с л. При меньших расстояниях обычно нельзя говорить о диаграмме направленности, так как распределение интенсивности по углам зависит в этих случаях от расстояния I. [c.101]

При многомодовом режиме работы лазера площадь фокального пятна увеличивается с применением дополнительного диаф- [c.161]

Рис. 2.1. Профиль линии усиления /((v) и частотный спектр излучения лазера в многомодовом (а) ч одномодовом (б) режимах генерации

Мощность непрерывной генерации современных лазеров на ИАГ достигает 400 Вт. Важным с точки зрения практического применения является и более высокий КПД лазеров на ИАГ. В условиях непрерывного возбуждения с помощью криптоновых ламп накачки его значение достигает 2...3%. Расходимость лазеров в непрерывном многомодовом режиме генерации составляет 5 мрад, в одномодовом 1 мрад. Пригодность данного лазера для термической технологии весьма высока. Например, для непрерывного лазера с мощностью излу- [c.180]

Некоторые результаты, полученные в предыдущих разделах, строго выполняются, только если лазер генерирует в одномодовом режиме. Поэтому уместно сейчас рассмотреть те условия, при которых имеет место одномодовая или многомодовая генерация. [c.254]

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]

Проведенное до сих пор рассмотрение применимо только в случае одномодовой генерации, и здесь, как оказалось, экспериментальные данные находятся в хорошем согласии с представленными выше результатами теории. В действительности же одномодовый режим генерации не всегда просто реализовать, в частности когда ширина линии лазерного перехода значительно больше межмодового расстояния (что имеет место, например, в твердотельных и жидкостных лазерах). Теоретическое рассмотрение многомодового режима генерации оказывается намного сложнее. В этом случае недостаточно просто определить [c.283]

Рис. 5.25. Типичная временная зависимость выходного излучения многомодового твердотельного лазера. В этом случае представлено выходное излучение рубинового лазера, а одно деление на шкале времени соответствует 10 МКС.

В случае когда лазер работает в многомодовом режиме, монохроматичность связана, очевидно, с числом генерируемых мод. Для твердотельного лазера (рубинового, неодимового и полупроводникового), в котором трудно получить одномодовый ре- [c.442]

В этом, а также в следующих двух разделах мы будем рассматривать ситуацию со стационарным пучком которая, например, имеет место либо в лазере, генерирующем в непрерывном режиме одномодовое или многомодовое излучение, которое не синхронизовано по фазе, либо в тепловом источнике света, работающем в непрерывном режиме. В этих случаях по определению среднее по ансамблю будет зависеть только от интервала [c.447]

После общих замечаний о пучке с частичной пространственной когерентностью мы можем перейти к рассмотрению особенно важного случая лазерной генерации на многих поперечных модах. Таким образом, мы рассмотрим устойчивый лазерный резонатор, в котором поперечный размер 2а активной лазерной среды значительно больше размера пятна моды ТЕМоо, распространяющейся внутри этой среды. Соответствующими примерами могут быть непрерывный или импульсный твердотельные лазеры, поэтому мы можем обратиться к случаю, показанному на рис. 5.14. Однако последующее рассмотрение применимо вообще к любому многомодовому лазеру с устойчивым резонатором. Для простоты предположим, что размер пятна w в среде приблизительно равен размеру пятна Wq в перетяжке пучка. Поскольку радиус а существенно больше, чем Шо, следует ожидать, что будет возбуждено много поперечных мод, которые заполнят поперечное сечение лазерной среды. Предполагается, что возбуждаемая мода высшего порядка ограничена до размера, который незначительно обрезается апертурой среды. Поперечные индексы этой моды можно найти из рис. 7.7, если известны максимально допустимые потери возбуждаемой моды. Предположим, например, что эти потери равны 10 %, тогда 90 % мощности этой моды высшего порядка должно проходить через лазерную апертуру. В этом случае эффективный размер пятна ш/, т в соответствии с определением, данным в предыдущем разделе, должен быть равен радиусу а среды, т. е. wt, т = а. С помощью выражения (7.49) получаем [c.464]

Выражение (7.54) полезно в ряде случаев. Если известен размер Wo, то его можно использовать для оценки ожидаемой расходимости многомодового лазера. Если размер Wo не известен, а расходимость 0d измерена, то из (7.54) можно получить оценку Wo. Заметим, что в соответствии с выражением (7.54) расходимость пучка многомодового лазера увеличивается с увеличением апертуры а резонатора и уменьшением размера пятна wo моды ТЕМоо. [c.464]

В ряде практических ситуаций важно обнаружить и выделить из шумов полезный сигнал, являющийся некогерентным (например, при приеме многомодового излучения лазера, прошедшего турбулентную атмосферу при обнаружении ретранслированного и несущего информацию или отраженного от цели когерентного излучения оптически шероховатой отражающей поверхностью и т. д.). Поскольку некогерентный сигнал и шумовое поле имеют гауссовское распределение амплитуд и описываются гауссовскими весовыми функциями (плотность распределения вероятностей комплексной амплитуды), то и весовая функция, соответствующая суперпозиционному полю также является гауссовской. В частном случае при выделении некогерентного сигнала и медленно флуктуирующих шумов при близких частотах сигнала й шума и медленных флуктуациях сигнала распределение вероятностей потока фотоэлектронов характеризуется законом Бозе—Эйнштейна (10 а) 1 табл. 1.1). Однако в общем случае присутствие шумового поля вызывает изменение распределений при этом спектрально — корреляционные характеристики шумового поля, величина смещения центральной частоты шума относительно центральной частоты сигнала и время наблюдения Т существенно изменяют вид получающихся распределений. [c.48]

Внешним источником помех может быть также лазер — постановщик помех в случае одномодового режима излучения этого лазера статистическое распределение фотонов будет подчиняться закону Пуассона, в случае многомодового режима — распределению Бозе—Эйнштейна (78]. [c.51]

Устойчивые резонаторы при условии хорошего заполнения активной среды излучением многомодовой генерации не отличаются, с точки зрения эффективности преобразования энергии, от плоских. В остальных случаях расчеты лазеров с устойчивыми резонаторами существенно усложняются относительно простая методика оценок эффективности для режима генерации на низшей поперечной моде изложена в [30]. [c.194]

При этом мы не будем рассматривать суш,ествуюш,ие на сегодняшний день многомодовые твердотельные лазеры с оптической накачкой, ибо они нам кажутся непригодными для применения в линиях связи. Как импульсные, так и непрерывно ра-ботаюш,ие твердотельные лазеры часто испускают излучение в виде пичков, характер которых определяется активной в данный момент модой. Разность частот двух мод, зависяш,ая от изме-няюш,ихся во времени размеров кристалла и показателя преломления, обычно попадает в СВЧ-диапазон. Поскольку выходной сигнал твердотельного лазера многомодовый, после детектирования он будет содержать очень сложные произведения перекрестной модуляции. В принципе от многомодового характера излучения твердотельных лазеров можно избавиться, пользуясь известными методами селекции мод. Но при этом резко падает выходная мош,ность лазера, а к. п. д. оказывается настолько низким, что такой прибор уже не мол ет конкурировать с ионными газовыми лазерами непрерывного излучения. [c.454]

Скоростные у равнения жт чисел фотонов и заселенностей атомных уравнений. Эти уравнения позволяют проанализировать следующие вопросы условие лазерной генерации, распределение интенсивности по модам, одномодовый режим работы лазера, многомодовый режим (одновременная генерация и кон-куреиция мод), каскадная генерация, режим модулированной добротности, релаксационные колебания. [c.34]

Хотя многочисленные исследования показггли, что голограммы, полученныё путем регистрации сдвига решеток, действительно можно использовать в качестве амплитудно-фазового корректирующего элемента, преобразующего сложный волновой фронт, генерируемый многомодовым лазером в плоскую волну, однако в. этом случае трудно избежать нелинейных искажений, наводимых микроструктурой пучка. По.этому более удачными Оказались голографические. элементы, действие которых основано на эффекте обращения волновых фронтов. [c.68]

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]

Излучение лазера происходит на строго фиксированной частоте v, которая, однако, подвержена незначительным изменениям на величину Av за счет флуктуаций процесса излучения. Отрезок времени At, в течение которого это изменение не сменится другим, принято называть временной когерентностью. За время меньше At лазер генерирует практически монохроматическое излучение с постоянной фазой колебаний. Расстояние, которое проходит излучаемая ОКГ последовательность волн (цуг) за это время L = = сА1 (с — скорость света), принято называть длиной когерентности. Для большинства серийных многомодовых ОКГ L sO,l. .. 0,5 м. Для лучших одномодовых ОКГ L л 10ч- 100 м. [c.52]

Применение для голографирования протяженных объектов лазеров с большой длиной когерентности (порядка I м и более). Это, в частности, ограничивает применение многомодовых лазеров, имеющих большую мощность излучения, но малую длину когерентности. [c.54]

Многомодовые ВОЛС имеют принципиальные ограничения по протяжённости и по скорости передачи цифровой информации, определяемые затуханием и ушире-Еием импульсов оптич. сигналов. Последнее обусловлено модовой и хроматич. дисперсиями многомодового оптич. волокна. Использование одномодовых волоконных световодов с малым затуханием (0,2 дБ/км) совместно с полупроводниковыми лазерами, работающими с мин. шириной спектра излучения, позволяет свести к минимуму влияние дисперсии на = 1,3 мкм и передавать цифровую информацию с высокой скоростью и на большие расстояния. [c.442]

При генерации на модах высшего порядка распределение, как видно из рис. 1.14, имеет вид пятен или колец. В случае многомодовой генерации распределение интенсивности по выходной апертуре лазера будет определяться конкретным модовым составом и распределением энергии излучения среди этих мод. Варьированием модового состава излучения можно существенно влиять на распределение интенсивности, подбирая его оптимальным образом для конкретных технологических процессов. [c.63]

Расходимость лазеров на стекле составляет 10 мрад, что существенно ниже дифракционной. В основном это обусловлено многомодовым режимом генерации. Для уменьшения расходимости вводят ограничивающие апертуры, а также портят (делают шероховатыми) боковые стенки стержней. Для получения мощного излучения с дифракционной расходимостью обычно используют твердотельные усилители. На маломощном задающем генераторе добиваются с потерей энергии хорошего качества излучения, а затем пропускают это излучение через серию усилительных каскадов, используя прекрасные усилительные возможности стеклянных стержней с неодимом (/ oSl см ). [c.178]

Лазеры, как правило, имеют тенденцию генерировать в многомодовом режиме. Это обусловлено главным образом тем, что межмодовое расстояние обычно меньше (а часто и много меньше) ширины контура усиления. Например, если выбрать L = = 1 м, то разность частот между двумя последовательными продольными модами будет равна Av = /2L=150 МГц. Однако ширина линии лазера может находиться в пределах от [c.254]

Вскоре после открытия лазера экспериментально наблюдалась именно многомодовая генерация в случае как неоднород- [c.256]

Nd YAG лазеры могут работать как в непрерывном, так и в импульсном режиме. В обоих случаях обычно используются линейные лампы в схемах с одноэллипсным осветителем (рис. 3.1,6), с близким расположением лампы и кристалла (рис. 3.1, в) или с многоэллипсным (рис. 3.2) осветителем. Для работы в импульсном и непрерывном режимах применяются соответственно ксеноновые лампы среднего давления (500— 1500 мм рт. ст.) и криптоновые лампы высокого давления (4— 6 атм). Размеры стержней обычно такие же, как и у рубинового лазера. Выходные параметры Nd YAG-лазера оказываются следующими 1) в непрерывном многомодовом режиме выходная мощность до 200 Вт (см. рис. 5.15) 2) в импульсном лазере с большой скоростью повторения импульсов (50 Гц) средняя выходная мощность порядка 500 Вт 3) в режиме модулированной добротности максимальная выходная мощность до 50 МВт (см. рис. 5.36) 4) в режиме синхронизации мод длительность импульса до 20 пс (см. табл. 5.1). Как в импульсном, так и в непрерывном режиме дифференциальный КПД [c.337]

Пространственная и временная когерентность одномодовых и многомодовых лазеров [c.457]

Привлекательным свойством волоконных ВКР-усилителей является широкая полоса усиления (> 5 ТГц). Они могут использоваться для усиления одновременно нескольких каналов в многоканальной системе оптической связи. Это было продемонстрировано в эксперименте [74], где сигналы от трех полупроводниковых лазеров с распределенной обратной связью в диапазоне 1,57-1,58 мкм одновременно усиливались в поле накачки с длиной волны 1,47 мкм. В этом эксперименте излучение накачки было получено от многомодового полупроводникового лазера, что делает данную схему практически применимой для систем оптической связи. При мощности накачки всего 60 мВт было получено усиление 5 дБ. Теоретический анализ двухканального комбинационного усиления показывает, что в общем случае существует взаимодействие между каналами [75]. Широкая полоса усиления волоконных ВКР-усилителей делает их пригодными для усиления коротких оптических импульсов. Усовершенствованию систем оптической связи с помощью комбинационного усиления уделено значительное внимание [76-81]. Наиболее многообещающим кажется использование комбинационного усиления для передачи сверхкоротких солитоноподобных импульсов по световодам длиной несколько тысяч километров [78, 80] (см. разд. 5.4). В эксперименте [79] импульсы длительностью 10 пс на длине волны 1,56 мкм усиливались при накачке непрерывным лазером на центрах окраски с длиной волны 1,46 мкм. Усиление таких коротких импульсов возможно только благодаря широкой полосе ВКР. Недавно в такой схеме было продемонстрировано прохождение солитонов длительностью 55 пс по световоду эффективной длиной 4000 км [81]. [c.232]

При чтении литературы по лазерам следует еще иметь в виду, что в первых работах по теории оптических резонаторов низшие колебания типа ТЕМоосу были названы, по аналогии с СВЧ-диапазоном, аксиальными, остальные (с ненулевыми поперечными индексами) — поперечными. Впоследствии при описании спектральных или угловых характеристик излучения многомодовых генераторов терминам аксиальные и поперечные стали придавать несколько иной смысл. Подробнее на всем этом мы бста-новимся в 3.3, сейчас же отметим только, что когда говорят об угловой структуре излучения, то поперечными обычно называют все моды, не выделяя ТЕМоо в особую категорию. [c.108]

Фазировка различных компонент широкого спектра позволяет одновременно укоротить импульс и резко увеличить пиковую мощность, поэтому практически всеми своими достижениями современная пико- и фемтосекундная лазерная техника обязана эффективному использованию этого фундаментального принципа. Рис. В.2в иллюстрирует методы фазировки спектральных компонент в дискретном спектре практически эквидистантных мод, генерируемых многомодовым лазером. Если ширина линии усиления Аюу значительно превышает межмодовый интервал fi=n /L, Аюу О, то вид суммарного поля [c.13]

Рис. В.З. Временная эволюция импульсов в многомодовом лазере с нелинейным поглотителем (экспандером спектра) а — схема лазера б — эквивалентная блок-схема в — зависимость пропускания красителя от интенсивности г — динамика формирования импульса при последовательных проходах через насыщающийся поглотитель д — обогащение спектра генерации. Видно, как в результате последовательных проходов совместное действие усилителя и нелинейного поглотителя приводит к сжатию импульса — на спектральном языке этому соответствует вовлечение в генерацию многих сфазированных мод

Общие идеи, лежащие в основе методов генерации сверхкоротких световых импульсов за счет фазировки компонент дискретного или сплошного спектра, пришли в оптику из радиофизики. Многомодовый лазер, в котором моды самосинхронизируются за счет взаимодействия в среде с нелинейным поглощением, является аналогом известного радиочастотного генератора коротких импульсов. Компрессия фазово-модулированных сигналов использовалась еще в 60-х годах для повышения пиковой мощности сигнала в радиолокационных системах. Возможности современной линейной и нелинейной оптической техники позволили реализовать эти принципы в гораздо большей мере, нежели это было сделано в радиотехнике. [c.15]

Импульс с шумовым заполнением. Нелазерные источники, а в ряде случаев и многомодовые лазеры, генерируют, по существу, вспышки оптического шума, комплексную амплитуду которых можно записать в виде [c.24]

Усилители на стекле с неодимом. Эксперименты по усилению и компрессии импульсов лазера на фосфатном стекле (Я=1,054 мкм, т = =5 пс) проведены авторами [71]. Выделенный из цуга генерации одиночный импульс испытывал бездисперсионную самомодуляцию в коротком (L=40 см) отрезке градиентного многомодового световода. Использование многомодового световода со сравнительно большим диаметром сердцевины (50 мкм) позволило увеличить выходную энергию частотно-модулированного импульса до 2 мкДж. В усилителе на фосфатном стекле его энергия увеличивалась до 500 мкДж, после чего он сжимался до 700 фс. Регистрация производилась методом двухфотонной люминесценции с использованием оптического многоканального анализатора. Пиковая мощность импульса с учетом потерь в решеточном компрессоре составила 300 МВт. [c.269]

Суммирование в выражении (1.124) производится по индексам мод излучения, которое для общности предполагается многомодовым. В случае одномодового излучения в сумме (1.124) остается всего один член и индексы, характеризующие моды, могут быть опущены. Векторная постоянная Kmnq определяется из условий нормировки поля и в общем случае может быть комплексной. Авторы специально не приводят здесь ее конкретного выражения через характеристику поля излучения и известные константы, поскольку в данной книге квантовый метод как рабочий не используется. Основы этого метода излагаются для показа единства и общности используемых в книге расчетных методов и возможности обобщения изложенного материала при решении более широкого класса новых задач с привлечением накопленного авторами опыта использования ЭВМ при расчете лазеров и лазерных систем. [c.35]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...