Моды добротность

Мы рассмотрим этот параметр, используя величины, удобные с точки зрения понимания принципов действия оптических резонаторов лазера. Возьмем резонатор с такими размерами, которые необходимы для поддержания колебаний в частотном интервале центральной частоты Урез в одной из его мод. Добротность резонатора можно определить несколькими способами, эквивалентными для больших величин Q [c.111]

Согласно (28) при б = бд + б = 0,01 добротность резонатора длиной в 1 м на длине волны X = 1,152 мкм оказывается равной 5-10 . Ширина собственной линии такого резонатора согласно (29) будет равна Д/ = ШГц, а частотный интервал между соседними продольными модами согласно (23) составит Av = = 150 МГц. [c.14]

Такой процесс синхронизации мод можно осуществить с помощью периодической модуляции добротности резонатора в процессе развития генерации. Частота внешней периодической модуляции должна быть при этом равной частотному интервалу между модами [20], Синхронизация мод приводит к циркуляции внутри резонатора одного короткого импульса. На выходе из ОКГ получается цуг пикосекундных импульсов, следующих друг за другом с интервалом времени, равным времени прохождения света в резонаторе от полупрозрачного зеркала до глухого и обратно, т. е. % = 2L/ . [c.32]

Конструкция лазера отличается от твердотельных ОКГ тем, что в резонатор вместо стеклянного стержня помещается кювета с раствором. Инверсия, как и в твердотельном ОКГ, осуществляется при помощи оптической накачки от импульсных ламп. Жидкостные лазеры такого типа могут работать как в режиме свободной генерации, так и в режимах модулированной добротности и синхронизации мод. [c.64]

L АК 1/Q /2/L. Максимального значения интенсивности в своем резонаторе при движении зеркала 4 мода будет достигать тогда, когда ее сдвиг по частоте относительно того значения, которое она имела при = О, равен нулю. При перемещении зеркала 4 все реализуемые в трехзеркальном резонаторе моды изменяют свою частоту по отношению к частотам, соответствующим невозмущенному положению, что приводит к уменьшению интенсивности моды в своем резонаторе и, следовательно, к уменьшению ее добротности. Причем добротность этой моды в другом резонаторе возрастает. [c.234]

При создании Н. л. реализованы все характерные методы управления параметрами лазерного излучения, разработанные квантовой электроникой. В дополнение к т. н. свободной генерации, продолжающейся в течение практически всего времени существования импульса накачки, широкое распространение получили режимы включаемой (модулированной) добротности и синхронизация (самосинхронизации) мод. [c.320]

Добротность резонатора. Реальные О. р. отличаются от идеальных О. р, прежде всего наличием потерь (в среде, заполняющей полость, в экранирующих стенках, а также в местах ввода и вывода энергии). Если потери в заполняющей среде распределены однородно, то они не вносят изменений в структуру отд. компонент полей, но превращают чисто действительные собств. частоты в комплексные -> - - ( соответствующие моды становятся затухающими -> [c.397]

О. р. е металлич. стенками применяют в технике СВЧ (10 10ч Гц) как частотные фильтры и резонансные колебат. системы генераторов, усилителей, приёмных устройств, анализаторов спектра и др. Начиная с частот 10 Гц О. р. при работе на первой моде становятся излишне миниатюрными (I — к — 1 мм), к тому же их добротность ухудшается по закону поскольку толщина скин-слоя уменьшается пропорц. [c.398]

Импульсный свободной генерации, импульсный с модулированной добротностью, режим синхронизации мод [c.231]

В качестве примера показана электромагнитная волна с временем когерентности то, которая имеет вид синусоидального электрического поля со скачкообразным изменением фазы через интервалы времени то. Мы видим, что представление о временной когерентности непосредственно связано с монохроматичностью. В дальнейшем (в гл. 7) будет показано, хотя это очевидно из рис. 1.5, что электромагнитная волна с временем когерентности, равным То, имеет спектральную ширину А 1/то. В той же главе покажем, что в случае нестационарного пучка (например, лазерного пучка, полученного в результате модуляции добротности или синхронизации мод) время когерентности не связано обратно пропорциональной зависимостью с шириной полосы генерации и фактически может быть много больше, чем величина 1/Av. [c.20]

В случае синхронизации мод при непрерывной накачке выходной пучок состоит из непрерывного цуга импульсов, в котором интервал между двумя соседними импульсами равен времени полного прохода резонатора 2L/ (см. рис. 5,46,6). Активная синхронизация осуществляется, как правило, либо модулятором на ячейке Поккельса, либо акустическим модулятором, что более общепринято, поскольку потери, вносимые этим модулятором в резонатор, меньше, Акустооптический модулятор, используемый для синхронизации мод, отличается от того, который применяется при модуляции добротности (см, рис, 5,30), поскольку грань, к которой прикреплен преобразователь, и противоположная грань оптического блока вырезаны параллельно друг другу. Звуковая волна, возбуждаемая преобразователем, теперь отражается назад противоположной гранью блока. Если длина оптического блока равна целому числу полуволн звуковой волны, то возникают звуковые стоячие волны, В этих условиях, если частота звуковой волны равна и, дифракционные потери будут промодулированы с частотой 2(о. Действительно, дифракционные потери достигают максимума в те моменты времени, когда имеет место максимум амплитуды стоячей волны. [c.321]

В случае непрерывного лазера с модуляцией добротности метод разгрузки резонатора можно использовать периодически для получения цуга ультракоротких импульсов, частота следования которых равна теперь частоте работы устройства разгрузки, а не частоте повторения /2L, устанавливаемой временем полного прохода резонатора. Если эта частота достаточно низка (100 кГц—1 МГц), то соответствующий промежуток между двумя последовательными разгрузками резонатора (1 — 10 мкс) обеспечивает достаточное время для восстановления синхронизации мод. Поэтому метод периодической разгрузки резонатора позволяет получить последовательность ультракоротких лазерных импульсов при намного более низкой частоте [c.324]

Рассмотрим здесь кратко нестационарные пучки. В этом случае функция в выражении (7.11) зависит по определению от моментов времени t и ti, а не только от интервала между ними r = ti— /2. Примерами могут служить лазер с амплитудной модуляцией, тепловой источник света с амплитудной модуляцией, лазер с модулированной добротностью и лазер с синхронизацией мод. Корреляционную функцию для нестационарного пучка можно получить как среднее по ансамблю многих измерений аналитического сигнала на временном интервале О — Г, причем начало временного интервала синхронизовано с управляющим сигналом (например, синхронизовано с амплитудным модулятором лазера с синхронизацией мод или ячейкой Поккельса в лазере с модуляцией добротности). Степень временной когерентности в заданной точке г можно определить следующим образом [c.456]

Несколько ранних экспериментов [46-49] показали, что при распространении по волоконному световоду мощного импульса накачки на длине волны 1,06 мкм от Nd ИАГ-лазера с синхронизацией мод и модуляцией добротности происходит генерация второй гармоники и суммарной частоты вида со, -t- oj. Эффективность преобразования составляла около 0,1% как для суммарной частоты [49], так и для второй гармоники [52]. Такая высокая эффективность неожиданна для параметрических процессов второго порядка, поскольку восприимчивость второго порядка связана с нелинейным откликом электрических диполей, следовательно, близка к нулю в изотропных материалах, каким является плавленый кварц. Существует несколько нелинейностей высших порядков, которые могут создать эффективную для таких процессов наиболее важны среди них нелинейности на дранице сердцевины и оболочки и нелинейности, связанные с квадрупольным и магнитным моментами. Однако детальные расчеты показывают [53], что эти нелинейности могут дать увеличение эффективности преобразования максимум до 10 даже при условии фазового синхронизма. Видимо, более высокие эффективности параметрических процессов второго порядка связаны с другим механизмом. [c.309]

Ключ к природе такого механизма появился, когда было обнаружено. что мощность второй гармоники значительно возрастает, если излучение накачки действует на световод в течение нескольких часов [54]. На рис, 10,13 показана зависимость средней мощности второй гармоники от времени при распространении по световоду длиной 1 м импульсов накачки на длине волны 1,06 мкм, с длительностью 100-130 ПС и со средней мощностью 125 мВт, от Nd ИАГ-лазера с модуляцией добротности и синхронизацией мод. Мощность второй гармоники со временем растет почти экспоненциально и начинает насыщаться после 10 ч. Максимальная эффективность преобразования составляла около 3%. Импульсы на длине волны 0,53 мкм на выходе световода имели длительность около 55 пс и мощность, достаточную для накачки лазера на красителе [54]. Этот эксперимент способствовал дальнейшему возрастанию интереса к ГВГ в световодах, и в последнее время изучению процесса подготовки и природы генерации второй гармоники в волоконных световодах уделяется значительное внимание [55-72]. Уровень понимания этих процессов пока далек от совершенства, и работа продолжается. Остаток этой главы посвящен обзору состояния дел ко времени написания. [c.309]

Рис. 10.13. Средняя мощность второй гармоники, генерируемой в кварцевом световоде, как функция времени. Средняя мощность лазера накачки в режиме модулированной добротности с синхронизацией мод 125 мВт на длине волны 1,06 мкм. На вставке показан экспоненциальный рост в линейном масштабе (по работе [54]).

Рис. 14.2. Простая модель взаимодействия атома и поля с учётом движения центра инерции. Единственная мода добротного резонатора, которая описывается модовой функцией u(r), изображённой здесь в простейшей форме, как синусоида, взаимодействует с атомом, имеющим полную массу М и находящимся в точке R. Движению центра инерции атома отвечает кинетическая энергия Р /2М. Мы рассматриваем только два внутренних состояния атома, а именно, возбуждённое состояние а) и основное состояние Ь) с энергиями, соответственно, Еа = hua и Еь = hujb- Частота перехода есть оо = ооа - ( ь-Дальнейшее упрощение происходит, когда мы считаем, что атом находится в фиксированной точке, то есть пренебрегаем движением центра инерции. В таком случае данная модель, которую называют в литературе моделью Джейнса-Хаммингса-Пауля, описывает взаимодействие двухуровневой системы с одной

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]

Многоканальный ГШСВ с канальными источниками шума на фильтрах постоянной добротности. Типовая аппаратура — мод. 410-53, фирмы MTS (США). Упрощенная функциональная схема ГШСВ приведена на рис. 8, б. Рабочий диапазон частот 0,125— 1000 Гц перекрывается -октавными фильтрами. [c.304]

Поскольку активная среда имеется только в резонаторе I, уменьшение добротности какой-либо моды в нем может вызвать срыв ее генерации. В то же время добротность моды резонатора II, которая как бы переходит в резонатор /, увеличивается, что приводит к возникновению генерации на ней. После того как вновь загенерировавшая мода займет положение невозмущенной моды резонатора I, интенсивность лазера на этой же моде вновь достигнет максимального значения. [c.234]

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]

Фоготрониый (пассивный) затвор применяется для модуляции добротности резонатора лазеров и для получения режима самосинхронизации мод в лазере. Действие его основано ва явлении насыщения поглощения (просветлении) среды при воздействии на неё интенсивного оптич. излучения (см. Насыщения эффект). Быстродействие фототропвых О. з. определяется свойствами используемой среды (стекла, красители и др.) и составляет 10" —10" с. [c.453]

Аналогичные условия отражения могут быть реализованы и без применения диэлектриков полное отражение от закритич. волновода — плавным уменьшением расстояния между отражателями (рис. 1, в), сильное отражение на частотах, близких к критич. частотам внутр. волновода,— внесением неоднородностей скачкообразным иамененвем расстояния между отражателями (рис. 1, г) или ограничением размеров отражателей (рис. д). Высокодобротные колебания будут иметь в этих случаях разный характер. В первом существует каустика, разграничивающая области докри-тич. и закритич. волноводов, в последнем — поле быстро (экспоненциально) убывает при удалении от каустики, во втором случае поле ограничивается областью сильного отражения. Оба способа повышения добротности применяются в О. р. Когда не требуется высокой добротности рабочей моды, часто используются резонаторы с постепенным увеличением расстояния между отражателями рис. 1, с). Благодаря высоким значениям отношения запасённой энергии к энергии потерь доб-491 [c.491]

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]

Большое соотношение ширины контура усиления Т. л. и частоты межмодовых биений ( 10 ) позволяет достаточно просто осуществлять режим синхронизации мод и получать сверхкороткие импульсы длительностью 10 " — 10 с, ограниченной обратной шириной линии усиления. Так же, как и модуляция добротности, синхронизация мод в т. л. осуществляется как активным, так и пассивным образом, Т, л, может также работать в режиме усилителя [c.49]

Рубин представляет собой кристалл корунда АЬОэ с примесью ( 0,05%) ионов Сг " , заметающих в кристал-лич. решётке ионы А1. Рубиновый лазер работает по трёхуровневой схеме, в к-рой уровнем 1 является осн. состояние уровнем 2 — полосы fj и уровнем 3 — дублет - . В мощных рубиновых лазерах применяют круглые стержни диам. 2см и дл. 20—30 см. Типичный режим работы—импульсный, реализуются также модуляция добротности, синхронизация мод, усиление мощности. Длина волны генерации рубинового лазера 0,7 мкм. [c.49]

Развитие полупроводниковых лазеров сделало Tiep neK-тивным использование их для накачки Т. л. Полупроводниковые лазеры (ПЛ) на основе монокристаллов арсенида галлия путём изменения состава позволяют получать генерацию в области 0,75 -н 1 мкм, что даёт возможность эффективно возбуждать генерацию на ионах Nd , TnT , Но , и Yb [5]. Накачка излучением ПЛ является близкой к резонансной, что в значит, степени снимает проблему наведённых термич. искажений в АЭ и позволяет относительно легко достигать предельно высокой направт jrenHo TH лазерного пучка. Получена непрерывная генерация на ионах Но (> г 2,) мкм), Тт (Х, 2,3 мкм), Ег (Я, 2.9 мкм), а также на разл. переходах ионов Порог генера1ши по мощности накачки в нек-рых случаях составляет единицы милливатт. Так, напр., порог генерации на ионах Но " в кристалле ИАГ—Тш —Но равен 4 МВт, а порог генерации на осн. переходе ионов N d в стекле не превышает 2 мВт. На целом ряде кристаллов с неодимом получена генерация второй гармоники. На осн. переходе неодима реализованы режимы модуляции добротности и синхронизации мод. Общий кпд неодимового непрерывного лазера с накачкой излучением ПЛ на длине волны генерации 1,06 мкм достигает 20%, [c.50]

Рис. 5.31. Типичиая временная зависимость интенсивности / лазерного пучка в резонаторе длиной 60 см с пассивной модуляцией добротности, осуществляемой насыщающимся поглотителем. Величина In — это интенсивность шума в данной моде, обуыовленного спонтанным излучением. Приведена также длительность импульса ( 30 не), измеренная как ширина импульса на

Рубиновые лазеры обычно работают в импульсном режиме. При этом для накачки используется импульсная ксеноновая лампа среднего давления ( 500 мм рт. ст,) в конфигурации, приведенной на рис. 3.1, б или (чаще) в конфигурации рис, 3.1, а. Диаметр стержня обычно составляет 5—10 мм, а длина стержня 5—20 см. Рубиновый лазер имеет следующие выходные параметры 1) в режиме модуляции добротности его мощность в одиночном гигантском импульсе длительностью 10—20 не составляет 10—50 МВт 2) в режиме синхронизации мод пиковая мощность в импульсе длительностью 10 пс равна нескольким гигаваттам. При накачке ртутными лампами высокого давления лазеры на рубине могут работать также и в непрерывном режиме. [c.334]

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]

Итак, при 6i Ф 82 существуют такие наборы параметров х, б и 0, при которых под действием падающего поля возбуждаются колебания периодической решетки, близкие к собственным колебаниям соответствующего периодического открытого резонатора, и это приводит к полному отражению падающей волны. Неравенство 6i Ф 63 означает, по существу, что связь полей в зонах прохол<дения и отражения должна осуществляться ТЕМ-волнами, постоянные распространения которых не совпадают. Из численного анализа следует, что добротность резонансов в точках полного отражения изменяется при возрастании 6 и увеличивается в тех случаях, когда они располагаются ближе к границе, за которой область становится нерезонансной (рис. 61). На рис. 61, а (под рисунками величины N, Mi и — составляющие вектора [N, М , М2], определяющего режим связи полей над и под решеткой) приближение к границе, разделяющей резонансную и нерезонансную области, происходит при уменьшении Эффект полного отражения на фоне полной прозрачности решетки становится все более высокодобротным и исчезает с пересечением границы 63 = 1. На рис. 61, б добротность режимов полного отражения возрастает по мере приближения 0 к значению 0,37, отделяющему области с 44 + М2 = 3 и Mi + = = 2. Во второй из них не выполнены условия реализации режима полного отражения, так как постоянные распространения волн, распространяющихся в различных каналах, совпадают, т. е. связь, по существу, происходит на одной волноводной моде. [c.119]

Параметрическое усиление можно использовать для создания лазеров, помещая световод в резонатор Фабри-Перо. Такой четырехфотонный волоконный лазер недавно был продемонстрирован в эксперименте [36]. При накачке импульсами длительностью 100 пс на длине волны 1,06 мкм от Nd ИАГ-лазера с модуляцией добротности и синхронизацией мод на выходе волоконного четырехфотонного лазера наблюдались импульсы длительностью 65 пс на длине волны 1,15 мкм. Длина резонатора подстраивалась таким образом, чтобы накачка была синхронной. Ширина спектра генерации составляла 100 ГГц в соответствии с формулой (10.4.7). [c.306]

Начальные сведения. Немного истории. Для существования самой возможности генеращ и требуется, чтобы резонатор имел сравнительно добротные (медленно затухающие) собственные колебания, или моды, частоты которых приходятся на полосу усиления активной среды. С другой стороны, желательно, чтобы таких колебаний с примерно одинаковой добротностью было не очень много — одновременное возбуждение слишком большого их числа может привести к тому, что излучение станет пржтически некогерентным. [c.60]

С другой стороны, сколько-нибудь достоверные сведения о подобных устройствах в то время еще отсутствовали. Нельзя бьшо даже с определенностью сказать, являются ли они в самом деле резонаторами, т.е. существуют ли у них моды ясно было только, что искать эти моды следует в виде световых пучков, направленных вдоль оси. На установление факта существования мод, а также выяснение того, каковы они у разнььх резонаторов, какую роль в их формировании играет активная среда, возбуждаются ли близкие по добротности моды порознь или одновременно и как все это сказывается на характеристиках излучения генерации, ушли долгие годы. [c.61]

В1961 г. была также опубликована выдающаяся работа Фокса и Ли [164], положившая начало теории открытых резонаторов в ее современном виде. В этой работе впервые была численно решена для нескольких частных примеров задача о существовании и свойствах низших (т.е. наиболее добротных) мод пустых резонаторов из плоских и вогнутых зеркал. Здесь же было введено понятие дифракщюяных потерь, которые являются долей общего потока излучения, рассеиваемой благодаря дифракции (или, в случае не рассматривавышхся в [164] резонаторов из выпуклых зеркал, по иным причинам) и проходящей мимо зеркал. Это понятие применительно к резонаторам оптического диапазона оказалось намного полезнее, чем понятие добротности, и к настоящему времени почти полностью вытеснило последнее. [c.61]

Все закономерности поведения резонаторов с AB D = О, выявленные с помощью геометрического анализа, в определенной мере отображают истинную картину распределения полей наиболее добротных мод. Так, в полуконцентрическом резонаторе поле низшей моды действительно близко к сумме двух следующих в противоположных направлениях сферических волн, для которых второе зеркало является эквифазной поверхностью на первом зеркале излучение сосредоточено в дифракционной точке размером Х//д2 где - поперечный размер второго зеркала. [c.76]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...