Моды лазера

Рис. 106. Фотографии структуры поля излучения различных поперечных мод лазера с круглыми зеркала.чи

Синхронизация мод лазера может также осуществляться при подаче внешнего сигнала, изменяющего потери резонатора или его оптическую длину (внешняя синхронизация). Частота внешнего сигнала должна быть близка к А —разности частот генерируемых лазером мод. [c.369]

Для образования импульсов фемтосекундной длительности необходима синфазная генерация большого числа продольных мод лазера, что обеспечивают молекулы органич. красителей с шириной полосы усиления более [c.280]

Осн. процессы, определяющие населённости лазерных уровней молекул Oj, показаны на рис. 3. Уровень 00 откосится к блоку уровней антисимметричной моды, уровни 10 0 и 02%—к блоку уровней смешанных мод. Лазер работает следующим образом. Источник накачки возбуждает с частотой Ро4 колебания молекул— накопителей энергии, в качестве к-рых чаще всего используют молекулы азота. Столкновительная [c.442]

Рис. 5.46. Синхронизация мод лазера в импульсном (а) и непрерывном (б) режимах работы.

Если же говорить о методах генерации сверхкоротких лазерных импульсов, то здесь последние годы принесли отчетливое смещение акцентов. Если на первом этапе основные усилия были направлены на получение стабильной синхронизации мод лазеров с максимально широкой полосой усиления, то в последние годы все большее значение приобретали методы сжатия и формирования импульсов в пассивных системах. Это вызвало всплеск интереса к различным аспектам физики линейного и нелинейного распространения коротких световых пакетов. [c.7]

Наконец, в начале 80-х годов несколькими группами был преодолен рубеж 10 1 с, началось быстрое освоение фемтосекундного диапазона длительностей (1 фс=10 с). Первые успехи здесь были связаны с предложением в 1981 г. новой концепции лазера на красителе с самосинхронизацией мод — системы со сталкивающимися в поглотителе импульсами. В дальнейшем для генерации фемтосекундных импульсов были успешно применены иные схемы синхронизации мод, лазеры иных типов, разнообразные методы нелинейной оптики. [c.9]

Для лазеров на гранате с неодимом (как и для большинства других твердотельных лазеров) балансные уравнения многомодового по продольным модам лазера имеют вид [c.49]

Свойства гибридного лазера оказались существенно иными, чем у исходного лазера накачки одномодовая генерация сменилась режимом синхронизации мод лазера накачки, а первоначально непрерывное излучение разбилось на периодические шумовые пички с частотным интервалом, примерно обратным времени пробега света по кольцевому резонатору обращающего зеркала. [c.201]

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

Механизм синхронизации мод лазеров с однородно уширенной линией существенно иной. Его анализ предпочтительно проводить, пользуясь временным представлением. В этом представлении синхронизация мод состоит в образовании короткого импульса света, циркулирующего в резонаторе. Особый интерес представляют процессы, протекающие при непрерывной стационарной накачке, которые сводятся к следующему. После некоторого числа проходов импульсом резонатора действия усилителя и модулятора взаимно компенсируются. Это значит, что импульс после каждого прохода резонатора сам себя воспроизводит и больше не меняет своих параметров. Это имеет место по той причине, что потери в модуляторе и на излучение через зеркала полностью компенсируются усилением в активной среде, в то время как процесс укорочения импульса в модуляторе прекращается вследствие конечного значения спектральной ширины линии усиления или какого-либо частотно-селективного элемента в резонаторе. Как следствие лазер излучает [c.136]

Блок-схема возможного варианта экспериментальной установки показана на рис. 4.4. Такая установка была, например, использована при синхронизации мод лазера на АИГ Ыс1. Ее [c.143]

Рис. 4.4. Экспериментальная установка для активной синхронизации мод лазера на АИГ Nd.

Синхронизация мод лазеров на красителях посредством синхронной накачки применялась относительно давно. Лазер на красителе накачивался последовательностью импульсов, генерируемых рубиновым лазером с синхронизацией мод [5.1] или второй гармоникой излучения ла-зера на стекле с неодимом [5.2, [c.151]

А[) — площадь фотоприемника, согласованная с модой лазера [c.526]

Характерным примером распределенной системы, взаимодействующей с резонатором, является лазер. Резонатор лазера, образованный системой зеркал (резонатор Фабри — Перо), обладает эквидистантным спектром собственных частот со . Когда в резонатор лазера помещается активное вещество, обладающее резонансной частотой соо, собственные частоты резонатора (о подтягиваются к (Од, Спектр становится неэквидистантным. Это обстоятельство приводит к тому, что частоты генерируемых лазером мод становятся независимыми. Если с помощью специальных мер добиться, чтобы спектр стал близок к эквидистантному, то начинается самосинхронизация мод лазера (см. гл. 11). [c.334]

Коэффициенты р , б т, ст , р и т т для газового лазера рассчитаны Лэмбом ). При расчете предполагалось, что активная среда может рассматриваться как двухуровневая система, обладающая инверсной населенностью. Величины коэффициентов, входящих в соотношения (11.4.8), зависят от собственных частот резонатора от степени инверсии населенности, от времени релаксации верхнего и нижнего рабочих уровней и от ширины линии поглощения. С учетом (11.4.8) укороченные уравнения для амплитуды и фазы я-й моды лазера примут вид [c.362]

Кроме лазеров в качестве источников света созданы квантовые И. для измерения небольших перс-мош,епий, длин деталей. Их действие основано на зависимости разностной частоты излучения. между соседними продольными модами лазера /=е/2Л от длины резонатора L (см. Ла-зер). По изменению разностной частоты Д/, происходящей при перемещении одного из зеркал резонатора, может быть измерена величина этого перемещения кЬ — Ш-Щс. Преимуществом таких И. является то, что измерение линейных размеров (и перемещений) сводится к определению частоты, к-рую можно измерить радиотехн. методами с высокой степенью точности. [c.171]

Внутрирезоваторные лазерные М. с. Кроме описанных выше М. с., воздействующих на проходящий световой пучок, возможно управление оптич. излучением при его генерации. Напр., модуляция излучения полупроводникового лазера осуществляется модуляцией тока накачки. В газовых и твердотельных лазерах внесение в резонатор переменных потерь приводит к амплитудной модуляции излучения. При этом внутрирезо-наторная модуляция, как правило, значительно эффективнее модуляции проходящего света. Введение в резонатор лазера фазового М. с. позволяет изменять оптич, длину резонатора и осуществлять частотную модуляцию излучения. Полоса частот внутрирезонатор-ных М. с. должна быть меньше разности частот генерируемых лазером мод До). При приближении частоты внеш. воздействия к Дш начинается эфф. взаимодействие между модами лазера, приводящее К синхронизации мод и генерации лазером коротких оптич. импульсов. Осп. недостатком внутрирезонаторных М. с. является то, что внесение в резонатор дополнит, элементов снижает общую мощность излучения лазера и ухудшает стабильность генерации. [c.183]

Интересным случаем внутр. М. с. является режим синхронизации мод, к-рый осуществляется при модуляции добротности (длины резонатора) с частотой, близкой к частоте межмодовых биений лазера. При синхронизации мод лазер генерирует короткие и мощные импульсы, следующие друг за другом с частотой внеш. модуляции. [c.185]

П, э. играет большую роль в квантовой электронике в нелинейной оптике ячейки с просветляющимся веществом используются для т, н. пассивной модуляции добротности и синхронизации мод лазеров, формирования коротких импульсов в лазерных усилителях и т. п. П, э. в газовых средах, помещённых в резонатор лазера а. обладающих доплеровски уширенной линией поглощения на частоте генерации, используется для стабилизации частоты и сужения линий генерации. В нели-нейной спектроскопии наблюдение П. а. в неоднородно уширенных линиях поглощения является ордт/i из методов регистрации спектров с высоким разрешением. [c.151]

Бнерация сверхкоротких импульсов. Для генерации СКИ в лазерах используют процесс синхронизации продольных мод резонатора лазера. Для синхронизации мод применяются пассивные и активные методы связывания фаз продольных мод лазера. При одинаковой фазе, навязанной всем продольным модам лазера, синфазное сложение амплитуд электрич, полей приводит к генерации СКИ, длительность к-рых ограничена шириной спектра генерации. В неодимовых лазерах, к-рые обычно используют в Ф. с., достигается генерация СКИ длительностью 10" — 10 с при помещении в оптич. резонатор лазера насыщающихся органич. красителей—для пассивной синхронизации мод, а также акустооптич. и эл.-оптич. модуляторов света—для активной синхронизации мод. В методе активной синхронизации мод сфазирование отдельных продольных мод осуществляется с помощью помещаемого внутрь резонатора модулятора для управления потерями резонатора внеш. периодич. сигналом с частотой, равной или кратной частотному интервалу между продольными модами резонатора лазера [3 ]. [c.280]

МОДЫ лазера. Моды высшего порядка, существующие при больщих значениях A(3L, на рисунках не показаны. [c.479]

Одновременная генерация. многих эквидистантных спектральных линий в ВРМБ-лазере указывает на возможность получения сверхкоротких оптических импульсов при условии, что моды лазера удастся засинхронизировать [40]. В эксперименте [35] для синхронизации [c.273]

Следующий крупный успех — прорыв в область пикосекундных масштабов времени (t 10 с) датируется 1966—1968 гг. В эти годы были предложены и реализованы методы синхронизации продольных мод лазеров и созданы первые пикосекундные лазеры на стекле с неодимом, генерировавшие импульсы с длительностями до нескольких пикосекунд (их стали называть сверхкороткими ) и мощностями 10 —10 Вт. В те же годы были предложены и впервые продемонстрированы методы нелинейно-оптического формирования и сжатия пикосекундных импульсов, запущены параметрические генераторы перестраиваемых по частоте пикосекундных импульсов, позволившие перекрыть видимый и инфракрасный диапазоны спектра. Таким образом, была продемонстрирована эффективность использования быстрой электронной нелинейности в пико- и субпикосекундной оптической технике. [c.9]

Современный прогресс экспериментальной оптики волновых пакетов, распространяющихся в диспергирующих средах, целиком обязан достижениям, лазерной физики, связанным с разработкой техники синхронизации мод лазеров, методов быстрой фазовой модуляции света, методов динамической интерферометрии и интерферометрии интенсивности. Вместе с тем следует сказать, что дисперсионные эффекты, сопровождающие распространение коротких волновых пакетов, в принципе, могут быть исследованы и с помощью традиционных иела-зерных источников света, являющихся по своей сути генераторами оптического шума с временем корреляции пико- и фемтосекундного масштаба. [c.17]

При оценках энергетических параметров не были учтены дифракционные потери света в резонаторе, потери на термическом двулучепреломлении активной среды и т. п. Учет этих потерь приведет к меньшим значениям энергетических параметров лазера. Кроме того, мы предполагали, что в генерации участвует весь объем кристалла граната, что достигается лишь при многомодовой генерации. При необходимости получать одномодовую генерацию часть апертуры кристалла диафрагмируется так, что работает лишь центральная, приосевая область кристалла. В этом случае выходная мош.ность лазерного излучения падает пропорционально уменьшению рабочего объема кристалла. Так, например, если нулевая мода лазера имеет диаметр в 2 раза меньший, чем диаметр кристалла, то ее выходная мощность примерно в 4 раза ниже мощности мнотомодо-вой генерации без диафрагмы и составит для принятых выше параметров около 2,5 и 9 Вт для длин волн 1338 и 1064 нм соответственно. [c.67]

Лазеры с неоднородно уши енной линией при достаточно большой накачке генерирует большое число продольных мод. В отсутствие модулирующего сигнала фазы мод распределены по законам статистики. Синхронизация мод достигается относительно просто, так как для нее достаточно возникновения слабого сигнала на боковой частоте. Этот сигнал служит затравочным для соседней моды и последовательно усиливается. Впервые активную синхронизацию мод Не—Ые-лазера % = = 0,633 мкм) с помощью акустооптического модулятора потерь экспериментально осуществили Харрис и Тарг [4.1]. Они получили периодическую последовательность импульсов длительностью около 2,5 НС. Детальный расчет активной синхронизации мод лазеров с неоднородно уширенной линией усиления был сделан Харрисом и Макдафом [4.2]. Основываясь на спектральном описании, они решили систему уравнений, учитывающую взаимодействие между модами, в предположении что накачка отдельных мод осуществляется независимо. [c.136]

Ниже мы ограничимся рассмотрением лазеров с однородно уширенной линией, к которым относятся широко распространенные лазеры на ЛИГ с неодимом и СО -лазеры высокого давления. Экспериментально впервые активная синхронизация мод лазера на АИГ с помощью амплитудного модулятора была осуществлена Ди Доменико и сотр. [4.3] и с помощью фазового модулятора— Остерингом и Форстером [4.4]. [c.137]

Теория активной синхронизации мод лазера с однородно уширенной линией впервые была разработана Куизенгой и Сиг-маном [4.5]. Ниже мы в основном будем придерживаться этой теории 1. [c.137]

Синхронизация мод лазера на АИГ Nd исследовалась Куи-зенгой и Сигманом, экспериментально подтвердившими многие выводы теории, данной в разд. 4.2 [4.6]. Для синхронизации мод лазера на АИГ Nd ими использовался электрооптический фазовый модулятор на кристалле LiNbOs с частотой модуляции 264 МГц. Ширина спектра излучения Av определялась с помощью интерферометра Фабри—Перо. Для измерения длительности импульсов Xl использовался быстродействующий фотодиод. Длительность более коротких импульсов определялась корреляционным методом на основе измерения второй гармоники (см. гл. 3). В зависимости от глубины модуляции Ьрм наблюдались импульсы длительностью от 40 до 200 пс при средней выходной мощности 300 мВт. Без принятия дополнительных мер кристалл модулятора выполнял роль эталона Фабри— Перо, ограничивавшего ширину спектра излучения лазера. Для сокращения длительности импульсов необходимо исключить селекцию мод модулятором, устранив мешающие отражения (для этого можно, например, скосить входные окна модулятора под углом Брюстера к оптической оси резонатора). Можно также наклонить модулятор на достаточно большой угол, устранив таким образом перекрытие падающего и отраженного пучков. Измерялась зависимость ширины спектра излучения и длительности импульсов от коэффициента глубины модуляции 8рм. Результаты измерений представлены на рис. 4.6. Проведенные через экспериментальные точки прямые подтверждают предска-10 [c.147]

Пассивная синхронизация мод лазеров на красителях позволила получить наиболее короткие импульсы. Этот метод, однако, имеет некоторые недостатки, такие, как большая критичность к согласованию параметров накачки и резонатора, необходимому для обеспечения стабильного режима, а также ограниченная насыщающимся поглотителем область перестройки, В то же время преимуществом метода синхронной накачки является возможность перестройки в широком диапазоне частоты излучения и некритичность к выбору интенсивности накачки, С другой стороны, однако, импульсы, полученные методом синхронной накачки, не столь коротки. Кроме того, необходимо точное согласование длины резонатора лазера на красителе с расстоянием между импульсами. Для одновременной реализации преимуществ обоих методов синхронизации в некоторых работах [6.26—6.28] было предложено использовать режим двойной синхронизации, который состоит в одновременном применении синхронной накачки и дополнительной пассивной синхронизации при помощи насыщающегося поглотителя. Так, в результате применения струи, в которой были смешаны поглотитель и усилитель, помещенной в резонатор аргонового лазера с аку-стооптической синхронизацией мод, были получены импульсы [6.28] длительностью 0,3 пс при возможности перестройки в диапазоне от 574 до 611 нм. При этом лазер оказался менее критичным к подстройке длины резонатора, чем в случае синхронной накачки. Применяемый в методе двойной синхронизации насыщающийся поглотитель, как уже отмечалось при описании метода синхронной накачки, подавляет паразитные импульсы. Паразитные импульсы проходят через активную среду одновременно с импульсом накачки и основным импульсом, но в противоположном направлении. Однако при обратном движении эти импульсы проходят через поглотитель в разные моменты времени. Как было упомянуто, применяя струю, состоящую из смеси родамина 6G и быстронасыщающегося поглотителя DQO I, Моро и Зицер получили методом двойной синхронизации импульсы длительностью 70 фс [6.30, 6.31]. В качестве лазера накачки они применяли AHr-.Nd — лазер с синхронизацией мод и удвоением частоты излучения. [c.227]

Для исследования спектра мод лазеров в диапазоне длин волн от 2000 А до 0,4 мм могут применяться спектрографы и интерферометры Фабри — Перо. Обычно только методы оптического гомодинного или гетеродинного приема способны обеспечить разрешение, требуемое для наблюдения угловых мод в резонаторах с плоскопараллельной конфигурацией и зееманов-ских компонент в газовых лазерах. Большинство приемников в инфракрасной области (особенно в далекой инфракрасной) обладает очень плохой высокочастотной характеристикой. Поэтому длинноволновая граница применимости данных методов равна примерно 40 ж/с, т. е. границе для приемников из Ge Au, Zn. Постоянная времени таких приемников меньше 10" сек, и, следовательно, в инфракрасной области методом гетеродинирова-ния можно разрешить частоты до 100 Мгц. Но детальные измерения в инфракрасном диапазоне пока что проведены только для нескольких систем, а о работах, выполненных с длинами волн, большими 2,6 жк, почти не сообщалось. [c.89]

Рассмотренный ниже пример гелий-неонового лазера, работающего на длине волны 1,15 мк, показывает, что применение интерферометра Фабри — Перо обеспечивает практически необходимое разрежение мод для возникновения генерации на одной или нескольких оптических частотах, а также оптическую обратную связь, которая необходима в случае переходов с низким усилением. Ширина допплеровской линии для перехода на длине волны 1,15 мк приблизительно равна Avd = 800 Мгц, тогда как естественная ширина, определенная по времени жизни спонтанного излучения с помощью уравнения (5.48), приблизительно равна Avjv = 80 Мгц. Частотный интервал между осевыми модами лазера при расстоянии между зеркалами 1 м ( l2d == = 150 Мгц) превышает естественную ширину линии, что обеспечивает попадание пяти или шести основных мод в полную ширину линии для резонатора без проводящих стенок. Если бы стенки резонатора были металлическими, то, как следует из выражения (5.5), число мод приближалось бы к 10 . [c.300]

Но теперь частоты фотоэлектрического сигнала лежат вблизи разностной частоты ро входных сигналов и поэтому легко могут быть продетектированы стандартными анализаторами частоты. Когда в эксперименте пользуются биениями осевых мод лазеров, то величина Ро обычно порядка 10 гц. Тогда для измерения ширин линий газовых лазеров 60 < 1 гц требуются анализаторы с разрешаюш,ей способностью р/бр, превышающей 10 . Поскольку таких анализаторов не существует, в подобных случаях обычно измеряют аппаратные ширины, а не ширины линий. Метод Джавана и др. [3], при котором путем настройки смешиваемых выходных излучений двух независимых лазеров на центр кривой усиления получают меньшие значения ро, позволил вплотную подойти к измерению истинных ширин линий. Но даже и в этом случае требования к разрешению остаются довольно жесткими. Поскольку воспроизводимость лазеров едва ли будет превышать R = 10 , мы имеем ро = 0// 10 и Р/бр > 10 . [c.426]

В пособии рассмотрены основные физические представления о процессах формирования лазерного излучения, параметрах, влияющих на работу лазера и характер его излучения. Книга вводит читателя в основные проблемы лазерной спектроскопии. С единой точки зрения на основании балансных уравнений изложены режимы непрерывной и свободной генерации, модуляции добротности и синхронизации мод лазера. Рассмотрена специфика работы ряда конкретных типов классических лазеров оптического диапазона, в частности лазеров с перестраиваемой длиной волны излучения и свип-лазеров. Материал пособия изложен таким образом, что не требует обращения к дополнительной литературе. [c.2]

Различают три режима генерации свободная генерация, генерация моноимпульса при модуляции добротности резонатора и синхронизация аксиальных мод. Наибольшая длительность генерируемых лазерами на неодимовом стекле импульсов ограничивается обычно на уровне десятков миллисекунд процессами тепловыделения. Использование термостойкого стекла позволяет получать генерацию и в непрерывном режиме [1]. При синхронизации аксиальных мод лазеры на неодимовом стекле генерируют импульсы длительностью порядка 1 ПС. Режим модуляции добротности позволяет получать импульсы длительностью 1—100 не. Управление добротностью резонатора также дает возможность генерировать не только одиночные импульсы (моноимпульсы), но и серии импульсов. [c.198]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...