Резонатор активный

Дело в том, что характер возбуждения колебаний в резонаторе связан, главным образом, с состоянием активной среды, которое, в свою очередь, зависит не только от внешних по отношению к резонатору причин, но и от результатов взаимодействия среды с тем самым полем генерируемого излучения, которое формируется внутри резонатора. Поэтому любые попытки корректного рассмотрения процессов возбуждения лазерных резонаторов приводят к необходимости искать самосогласованное решение для всей системы резонатор + активная среда , что относится уже к области теории лазеров. [c.131]

Выше предполагалось, что находящаяся в резонаторе активная среда (стеклянный или кристаллический стержень, газоразрядная трубка и т. п.) не оказывает влияния на форму волновых поверхностей. Эта идеализация допустима для многих газовых лазеров низкой мощности, для некоторых лазеров на неодимовом стекле и на красителях. [c.302]

Дробь учитывает заполнение резонатора активной средой-— коэффициент заполнения резонатора. [c.51]

При помещении в резонатор активного элемента частота колебаний системы изменяется, но при этом условие существования его резонансных частот не должно нарушаться. Иначе говоря, должна иметь место синфазность волн, т. е. набег фаз на одном проходе резонатора должен быть кратным п. Величина набега фазы поля той же моды (I) па одном проходе при помещении в резонатор активного элемента длиной L с показателем преломления п [c.128]

Поскольку размер активных центров порядка 10 см, а характерный масштаб пространственной неоднородности поля У2, т.е. 10" см, в видимом диапазоне спектра, то инверсная населенность активной среды в области узла поля не питает данную моду. Усиление же этой моды обеспечивается инверсной населенностью в области пучности поля моды. Таким образом, в случае полного заполнения резонатора активной средой коэффициент ее использования только 50 %. При наличии нескольких мод их узлы и пучности не совпадают и поэтому инверсная населенность в узлах одной моды является источником энергии для другой. Это и есть одной из причин возникновения многомодовой генерации. С ростом числа генерируемых мод сокращается область, в которой сохраняется инверсная населенность, т. е. растет коэффициент использования активной среды. С увеличением мощности накачки ширина спектра излучения лазера достигает некоторого предела, обусловленного совместной генерацией такого числа мод, при котором воЗ [c.133]

Метод активной синхронизации за счет модуляции оптической длины резонатора (частотная модуляция) по сути также сводится к модуляции потерь для поля моды за счет сдвига ее резонансной кривой при изменении длины резонатора. Активный метод синхронизации применяется для лазеров непрерывного режима генерации. Однако с его по- [c.191]

НС. Вследствие этого и степень сужения ширины спектра значительно меньше. Для увеличения длительности линейного этапа развития генерации необходимо, очевидно, медленное включение добротности резонатора активным затвором. [c.229]

Говоря о факторах, имеющих техническое происхождение, отметим нестабильность параметров резонатора, активной среды, системы накачки (например, неравномерность нагрева активного элемента в процессе импульсной накачки, вибрации зеркал резонатора). Исследования выявили важную роль нестабильностей технического происхождения была обнаружена высокая чувствительность лазера к различного рода возмущениям его параметров (см. [9,10], а также [4]), [c.267]

Введем так называемый коэффициент заполнения резонатора активной средой [c.354]

Условие генерации. Предположим, что в данный момент времени через данную точку среды с отрицательной температурой вдоль оси кристалла рубина влево или вправо распространяется излучение с частотой V. Пусть интенсивность в данный момент будет /q. Это излучение, пройдя через среду, попадет на зеркало резонатора, затем, отразившись от него, распространится в противоположном направлении. Далее, отразившись от второго зеркала резонатора, пройдя в общей сложности через активную среду путь длиной 2L (L — длина активной среды между зеркалами резонатора), достигнет прежней точки. В отсутствие потерь энергии после такого цикла интенсивность излучения стала бы равной [c.386]

Рассмотрим, как будет излучать свет активная среда, помещенная между двумя зеркалами типа используемых в интерферометрах Фабри —Перо (рис. 40.4). Такую систему принято называть активным оптическим резонатором. Пусть возбужденный атом, расположенный в точке А, испускает волну в результате спонтанного перехода между уровнями с инверсной заселенностью. [c.779]

Чем больше путь, проходимый волной в активной среде, тем больше усиление волны. Для направлений, перпендикулярных к оси резонатора, усиление оказывается наименьшим. Другим направлениям соответствует несколько больший путь, и, следовательно, несколько большее усиление. На рис. 40.4 это схематически показано увеличением числа стрелок в усиливающихся световых потоках. После отражения от зеркала волна вновь распространяется в [c.779]

Можно сказать, следовательно, что условие стационарной генерации эквивалентно равенству мощности излучаемой в объеме ЗЬ активной среды, и потока си5(1 — эфф). выходящего из резонатора. [c.781]

Напомним, что в эффективном коэффициенте отражения учтены потери энергии любой природы, в том числе потери из-за выхода излучения через боковые стенки резонатора. Вполне ясно, что для пучков, распространяющихся наклонно по отношению к оси резонатора, потери будут больше, чем для осевых пучков. Поэтому порог генерации для наклонных пучков выше, чем для осевых. Кроме того, следует помнить об ограниченности запаса энергии активной среды, способного перейти в вынужденное излучение. Поскольку для осевых пучков потери меньше, чем для наклонных, их интен- [c.782]

Усиление спонтанного излучения в активном резонаторе и в конечном счете его превращение в генератор когерентного излучения имеет глубокую аналогию с процессами, развивающимися в автоколебательных системах, при самовозбуждении в них генерации. В таких системах важнейшую роль играет положительная обратная связь колебательной системы с источником энергии, поддерживающим в ней колебания. Сравнительно простой механизм индуктивной положительной обратной связи можно проследить на примере генератора колебаний с электронной лампой. [c.783]

В предыдущих параграфах, посвященных описанию принципа действия и конкретных схем лазеров, основное внимание концентрировалось на энергетической стороне дела, а именно, на методах образования достаточно большой инверсной заселенности и на усилении поля в активной среде. Существенную роль при этом играл резонатор, зеркала которого отражали падающий на них свет в активную среду и тем самым способствовали достижению порога генерации. Однако, помимо указанной функции, резонатор выполняет и другую — формирует пространственно когерентное и монохроматическое излучение. [c.794]

Рассмотрим некоторые следствия, вытекающие из принципа цикличности. Амплитуда волны за счет усиления в активной среде за один цикл изменяется в ехр[а(о))А] раз, что должно компенсироваться выходом излучения из резонатора вследствие частичной прозрачности зеркал, дифракцией и потерями любого другого происхождения. Следовательно, применительно к амплитуде поля принцип цикличности требует выполнения равенства [c.795]

Итак, общую картину спектра излучения оптических квантовых генераторов можно представить следующим образом. В интервале длин волн, простирающемся от вакуумного ультрафиолета до далекой инфракрасной области, с помощью разнообразных активных сред удается получать усиление излучения в участках спектра с относительной шириной (со" — со )/со, составляющей в разных случаях от 10 (лазеры на красителях) до 10" (атомные и молекулярные газы). Положение этих участков спектра определяется частотами переходов между энергетическими уровнями, характерными для используемой активной среды (атомы, ионы, молекулы в газовой, жидкой и кристаллической фазе). В пределах каждого из упомянутых участков спектр генерируемого излучения имеет вид дискретных квазимонохроматических эквидистантных компонент, расстояние между которыми задается резонатором и составляет в относительной мере величину Асо/со = Х/2Ь = = 10" — 10 . Наконец, каждая из компонент представляет собой квазимонохроматическое излучение с ничтожно малой естественной спектральной щириной бсо 10 — 10 с , так что боз/со [c.801]

Вследствие ограниченности поперечных размеров зеркал и активной среды лазера распространение волн в резонаторе сопровождается дифракционны.ми явлениями. Поэтому применение принципа цикличности к распределению амплитуды поля по волновому фронту сводится к решению дифракционной задачи квантовый генератор формирует когерентный световой пучок с таким поперечным распределением амплитуды, которое с учетом дифракционных явлений должно воспроизводить себя на протяжении одного цикла. [c.801]

Кратко обсудим нелинейные явления, приводящие к возникновению сверхкоротких импульсов в лазерах с поглощающим элементом внутри резонатора. Пусть создана инверсная заселенность уровней в активном элементе лазера и происходит усиление спонтанного излучения. Ввиду случайного характера актов спонтанного испускания амплитуда поля хаотически изменяется во времени и от точки к точке ) (рис. 40.20, а). Амплитуда поля имеет вид набора случайных по величине и случайно расположенных выбросов . На перво,VI этапе развития генерации, когда мощность излучения еще невелика, фильтр ослабляет все выбросы в равной мере. С течением времени все большее число атомов возбуждается, и энергия [c.814]

Резонатор оптический активный 779 —, потерн 781 [c.924]

Излучение, возникающее при переходах с верхних уровней на нижние, является спонтанным. В среде с инверсной населенностью это спонтанное излучение индуцирует дополнительные переходы. Для того чтобы создать квантовый генератор, в среде с инверсной населенностью необходимо обеспечить условия автоколебательного режима. Такой режим достигается за счет помещения активной среды, т. е. вещества, в котором создается инверсная населенность, -В резонатор, выполняющий роль положительной обратной связи. Резонатор обеспечивает также пространственную и временную когерентность излучения. Простейший резонатор представляет собой два плоскопараллельных зеркала, одно из которых является полупрозрачным. В рубиновом лазере резонатором служат отполированные торцы рубинового стержня, покрытые тонким слоем металла, в полупроводниковом инжекционном лазере на арсениде галлия— это тщательно полированные боковые грани, перпендикулярные плоскости р-и-перехода. [c.318]

Сообщим еще только, что намного более подробные данные о свойствах пустых устойчивых резонаторов, в том числе величинах дифракционных потерь, фазовых поправок за счет конечности зеркал и т.п., можно найти в литературе по технике субмиллиметровых волн (например, [131]). Это не случайно резонаторы субмиллиметрового диапазона обычно возбуждаются элементарными диполями или через отверстие в одном из зеркал тогда добротность системы играет решающую роль, и на первое место выходят резонаторы типа устойчивых. При заполнении резонатора активной средой, как это делается в лазерных устройствах, исходная добротность не столь уж важна ( 2.1), и устойчивые разонаторы теряют свою исключительность. [c.92]

Так как спектры генерации и накачки вырождены, то появилась возможность максимальной интеграции в единой системе с обратной связью процессов вьшужденного излучения и нелинейного смешения волн. В главе 6 рассмотрены также гибридные (комбинированные) лазеры, которые содержат в общем резонаторе активную и нелинейную среды. Гибридные лазеры обладают рядом новых уникальных свойств, в том числе возможностью генерации пучков с дифракционной расходимостью на оптически несовершенных средах, само-свипирования длины волны излучения в диапазоне десятков нанометров с шагом дискретности до 10" нм ( ) и др. В главе 7 систематизированы и достаточно подробно проанализированы уже довольно многочисленные приложения лазеров на динамических решетках системы оптической связи через неоднородные среды и по многомодовым волокнам, логические и бистабильные элементы, оптические процессоры и системы нелинейной ассоциативной памяти, оптическая интерферометрия в спектральной области и са-моюсгирующиеся оптические интерферометры и тд. Приведенная полная библиография включает самые последние публикации 1987-1988 гг. В заключении рассмотрено место лазеров на динамических решетках среди других лазеров и проанализированы их предельные характеристики. Обсуждаются перспективы дальнейшего развития этой новой области квантовой электроники. [c.7]

Рассмотрим резонатор Гельмгольца (см. табл. 4.4, рис. а) как механическую колебательную систему, у которой масса т равна массе воздуха в горле резонатора, активное сопротивление Гм равно сумме сопротивления вязкости воздуха и сопротивления излучения в окружающую среду, а гибкость См — гибкости воздуха в полости резонатора ), т. е. т=р/5 м=V/YPa S где i — длина горла резонатора 5 — поперечное сечение горла V — объем полости резонатора. [c.67]

В гл. 2 и 3 предполагалось, что оптические характеристики среды, заполняющей резонатор, не влияют на характеристики возбуждаемых собственных волн. Такое приближение (так называемое приближение пустого резонатора) во многих случаях оказывается достаточным. Однако в квантовой электронике все большее место занимают генерирующие системы, для анализа работы которых необходимо учитывать поперечнук> оптическую неоднородность заполняющей резонатор активной среды 56—58, 60, 87, 88, 105—112, 123, 126—129]. Такими системами могут быть не только твердотельные и по.лупро-водниковые, но и мощные газоразрядные лазеры. В активном элементе указанных лазерных систем в рабочем режиме устанавливается неоднородное распределение оптических параметров, что существенно меняет характеристики собственных волн резонатора, [c.133]

Все проведенные выше оценки выполнены для так называемого холодного резонатора, т. е. при отсутствии генерации. Наличие же в резонаторе активной среды существенно изменяет его добротность. В частности, в горячем резонаторе, в результате компенсации потерь /(V = 7 + Я, добротность его оо и поэтому А р-> О, т. е. условия разрежения мод существенно улучн1аются. [c.48]

Остановимся на физических причинах полученного результата. Из (17.12) следует, что вследствие стоячего характера волны каждой моды существуют области активной среды в районе узлов моды, где инверсная населенность не снимается при генерации этой моды. Следовательно, если в генерацию вышла какая-то мода, то она не стабилизирует инверсную населенность на пороговом уровне во всем объеме активной среды. Другая мода, чьи пучности приходят на узлы генерирующей моды, может иметь коэффициент усиления выше порогового (17.15) и тоже выйти в генерацию. Поскольку все моды имеют на зеркалах узел, то вблизи зеркал их пространственные структуры очень близки, т. е. значительно перекрываются, но по мере отхода от зеркала они все более рассогласуются. Следовательно, если активный элемент достаточно малого размера поместить вблизи зеркала, то пространственная неоднородность поля сказывается мало и генерация будет одночастотной. В реальных лазерах из-за того, что коэффициенты отражения зеркал различаются между собой и отличаются от 1, всегда наблюдается бегучесть, что способствует сглаживанию пространственной неоднородности и некоторому сужению спектра генерации. Другим механизмом сглаживания является пространственная миграция энергии, но этот механизм в обычных твердотельных лазерах слаб и проявляется лишь в полупроводниковых лазерах. Сглаживания инверсной населенности можно добиться искусственным путем, например двигая вдоль оси резонатора активный элемент либо смещая положение узлов и пучностей полей мод с помощью электрооптических элементов, как это было рассмотрено в 15. [c.157]

Обсудим, насколько правомер1Ю использовать в энергетических расчетах предположение о равномерном распределении плотности генерируемого излучения по длине резонатора. В общем случае поле между зеркалами резонатора лазера представляет собой суперпозицию двух бегущих навстречу друг другу волн с разной амплитудой, отражаемых от зеркал. Мы пе будем здесь останавливаться па эффектах, связанных с микроскопической , т. е. сравнимой с длиной волны, неодгюродностью распределения поля, обусловленной появлением стоячих волн в резонаторе, а также связанных с неполным заполнением резонатора активной средой. Эти неоднородности ВЛИЯЮТ, в основном, на спектральный состав излучения (см. гл. 5). Нас будет интересовать влияние макронеоднородности распределения поля, возникающей благодаря отличию от единицы коэффициента отражения одного из зеркал (выходного) резонатора [c.94]

В свете этих представлений высокая монохроматичность лазерного излучения остается непонятной. Однако если обратить внимание на роль резонатора при образовании системы стоячих волн, то этому можно найти объяснение. Согласно формуле (17,12), стоячие волны возникают только при т = - 1, 2, 3,. .. (типы колебаний, соответствующие разным значениям т, называются модами). Можно оценить порядок числа мод для конкретного случая, например при L 10 см, I 5000 А, как следует из формулы (17.12), т 10 Однако в резонаторе возникнут не все моды, а лишь не-дшогие 113 них, которые одновременно удовлетворяют и условию, связывающему частоту излучения с разностью энергетических уровней атома активной среды, с учетом ширины данных уровней. Несколько таких мод представляют собой очень узкие линии, частоты которых отстоят друг от друга на Av = /2L. [c.387]

Помимо усиления активной средой, существует ряд факторов, которые уменьшают амплитуду волны внутри резонатора. Коэффициенты отражения зеркал резонатора не равны единице. Более того, для вывода излучения из резонатора по крайней мере одно из зеркал делается частично прозрачным. Кроме того, при распространении излучения вдоль оси резонатора будут и другие потери энергии потока излучения, вызванные его дифракцией, рассеянием в среде, заполняющей резонатор и т. д. Все эти потери энергии можно учесть, введя для зеркал некоторый эффективный коэффициент отражения Гэфф> который меньше значения истинного коэффициента отражения зеркал г. [c.780]

Количественное соотношение, определяющее возможность генерации направленного потока излучения, можно найти из следующих соображений. Поток излучения со спектральной плотностью /о, возникший в какой-либо точке А активной среды (см. рис. 40.4) и направленный вдоль оси резонатора, усиливается на пути к правому зеркалу, отражается от него и после отражения от левого зеркала опять пройдет через точку А, распространяясь в своем исходном направлении. Таким образом, за один цикл распространения в резонаторе излучение пройдет путь 2Ь. В отсутствие всяких потерь энергии это должно привести к увеличению потока до величины /оСхр [2а(оз)Т], где а(оз) — коэффициент усиления. Однако в результате потерь, которые учтены эффективным коэффициентом отражения зеркал Гдфф, фактическая плотность потока энергии после одного цикла его распространения в резонаторе определится выражением /оГэффехр[2а(со)Е). Поэтому решение вопроса о возможности возбуждения генерации в резонаторе сводится к условию [c.780]

В случае оптического квантового генератора зеркальный резонатор создает положительную обратную связь между полем излучения и источником его энергии — активной средой ). Зеркала резонатора обеспечивают многократное распространение (и тем самым усиление) светового потока в активной среде. Это необходимо и для самовозбуждения генерации, и для ее поддержания. Однако роль резонатора в работе лазера не исчерпывается повышением плотности энергии поля в активной среде. Согласно указанной выше аналогии, для возникновения автоколебательного режима обратная связь должна быть положительной. Другими словами, должна иметь место строгая сннфазность колебаний, уже существующих в системе и приходящих по каналу обратной связи. Подобные соображения применимы и к оптическим квантовым генераторам, о чем будет идти речь в 228, 229. [c.783]

Выше мы обращали внимание на поляризованность светового пучка, создаваемого лазером. В зависимости от конкретного устройства лазера поляризация может быть линейной, круговой или эллиптической, но в любом случае испускается поляризованный, а не естественный свет. В рамках принципа цикличности это свойство излучения лазера самоочевидно. Впрочем, строго монохроматический свет всегда поляризован, и поэтому ценность принципа цикличности в данном случае состоит не в утверждении факта поля-ризованности излучения лазера, а в возможности с его помощью установить состояние поляризации в том или ином лазере. Мы не будем останавливаться более на этом тонком вопросе, решение которого требует привлечения многих сведений о конструкции резонатора и о свойствах активной среды, [c.796]

Отражение света, происходящее из-за нелинейности среды и пространственного периодического изменения амплитуды поля, позволяет расширить наши представления о воз1 южных способах реализации положительной обратной связи в квантовых генераторах. До сих пор мы полагали, что положительная обратная связь между полем излучения и активной средой, необходимая для превращения усиливающей системы в автоколебательную (см. 225), осуществляется с помощью зеркал, отражающих волны обратно в резонатор. Рассмотренное выше нелинейное отражение света служит физической основой для иного способа реализации положительной обратной связи, применяющегося в некоторых лазерах. Пусть кювета К представляет собой активную среду (см. рис. 41.3). В направлении оси л имеет место периодическая неоднородность среды за счет нелинейных эффектов. Интерферирующими пучками / и //, создающими оптическуро неоднородность, могут быть пучки возбуждающего излучения. Следовательно, в данном случае отражение будет происходить в результате модуляции коэффициента усиления активной среды. Спонтанное излучение среды, испущенное в направлении оси х, будет отражаться от неоднородности и возвращаться в активную среду, что и соответствует обратной связи. Для некоторых частот обратная связь будет положительной, и при выполнении пороговых условий возбудится генерация излучения в направлении оси х. [c.828]

Для того, чтобы активное вещество превратить в 1 е-иератор световых колебаний, необходимо, чтобы часть испускаемого света все время находилась в зоне активного вещества и вызывала вынужденное испускание все новых и новых частиц, т. е. надо осуществить обратную связь. Для этого активное вещество помещают между двумя параллельными зеркалами. Допустим, например, что активное вещество представляет собой цилиндрический стержень, а плоскости зеркал 5[ и перпендикулярны к оси этого стержня (рис. 35.7). Тогда луч света, многократно отражаясь от зеркал 5] и много раз проходит через активный стержень, усиливаясь при этом в результате вынужденных переходов частиц. Получается открытый оптический резонатор, представляющий собой [c.277]

Некоторая часть энергии, выделившаяся внутри резонатора, расходуется бесполезно. К ней относится энергия, поглощенная при.месями, и.меющимися в активно.м веществе, а также энергия, рассеянная внутри стержня, на его торцах и зеркалах резонатора. [c.278]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...