Фазовые флуктуации в лазере

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]

У лазеров высокой мощности (например, рубинового лазера с мощностью порядка мегаватт) достигаются только относительные ширины полос порядка 10 . В импульсном режиме ширины полос определяются длительностью импульса. Например, для лазерного импульса гауссовой формы с временной полушириной Т и в пренебрежении фазовыми флуктуациями получается ширина [c.28]

В п. 3.152 мы производили оценки для идеализированного лазерного света, т. е. считали фазу фр постоянной. Теперь мы рассмотрим влияние когерентных свойств в реальном лазере. Это означает учет фазовых флуктуаций в явном виде, но флуктуации амплитуды, напротив, приниматься во внимание не будут (ср. п. 3.124). При этих предположениях дифференциальные уравнения (3.15-5а, б) уже не могут быть решены в замкнутой форме. Однако можно найти численные решения, если предположить, что фазовые флуктуации являются медленными по сравнению с временными коэффициентами усиления vo. Это условие можно выразить неравенством [c.470]

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]

По различным причинам лазер сыграл решающую роль в развитии синергетики. Немаловажное значение имело, в частности, то, что явления, происходящие в области перехода лампа лазер (в которых обнаружена удивительная и далеко идущая аналогия с фазовыми переходами в системах, находящихся в тепловом равновесии), поддаются теоретическому анализу и могут быть подробно исследованы экспериментально. Аналогия, которую мы имеем в виду, включает в себя неустойчивость, приводящую к нарушению симметрии, критическое замедление и критические флуктуации. Как показывают результаты исследований, вблизи точки перехода синергетической системы флуктуации могут иметь решающее значение. (Все затронутые здесь бегло понятия подробно рассмотрены в [1 ].) [c.27]

Среднеквадратичная фазовая флуктуация на отрезке времени I пропорциональна величине I, которая характер1[зует процесс случайного блуждания. Можно считать, что фаза лазера случай- [c.306]

Для увеличения точности В.-о. г. используется ряд методов. Так, напр., флуктуации интерференционных полос из за рэлеевского рассеяния и невзаимные сдвиги фаз за счёт разности интенсивностей встречных волн могут быть уменьшены при использовании источников излучения с широким спектром — полупроводниковых лазеров или суперлюминесцентных диодов. Влияние невзаимных эффектов из-за изменения двойного лучепреломления в волокне при разл. внеш. воздействиях (механич., тепловых, акустических и пр.) может быть ослаблено при использовании одномодовых световодов (см. Волоконная оптика). Т.к. прямое измерение сдвига интерференционной полосы сильно ограничивает точность и динамич. диапазон, в реальных В.-о. г. применяются более сложные методы регистрации, использующие фазовую модуляцию, фазовую компенсацию, гетеродинные методы и т. д. [c.336]

Нелинейная фильтрация и компрессия импульсов твердотельных лазеров с активной синхронизацией мод и модуляцией добротности. Преимущ,ества лазеров, работаюш,их в режиме двойной модуляции, детально обсуждались в 6.2. Главное из них — сочетание высокой импульсной мош,ности порядка 10 Вт с килогерцовой частотой повто-)ения. Для сжатия высокоэнергетичных импульсов как на основной 57], так и на удвоенной частоте [58], приходится применять сравнительно короткие отрезки световодов, L 1—10 м. Ограничение на длину световода определяется порогом вынужденного комбинационного рассеяния и приводит к неравенству /эфф1 16/ с, где g 10 см/Вт, эфф — эффективная интенсивность ( 5.5). В этом случае реализуется бездисперсионная фазовая самомодуляция, которая приводит к снижению энергетической эффективности компрессии и контраста сжатого импульса. Кроме того, лазеры с двойной модуляцией имеют более высокий уровень флуктуаций параметров излучения, что, естественно, дестабилизирует параметры сжатых импульсов. [c.262]

Если бы нам удалось получить такое разрешение спектра мощности одночастотного лазера, чтобы можно было измерить его частотные и амплитудные флуктуации, то мы смогли бы связать автокорреляционную функцию со спектром моихностй. Когда излучение, испускаемое лазером, случайным образом изменяется по амплитуде на небольшую величину, в спектре энергии должны появляться слабые боковые полосы, симметричные относительно основной частоты лазера. Если частота, равная числу нулевых значений амплитуды в единицу времени, не зависит от времени, то фазовая стабильность волны не должна нарушаться и квазикогерентный сигнал должен иметь автокорреляционную функцию с флуктуирующими амплитудой ц перио дом. [c.371]

Рассмотрим системы интерферометров для измерения перемещений, которые отличаются характером спектра выходного сигнала. Прежде всего заметим, что флуктуации мощности излучения лазера, угла расходимости его пучка, дрейф нуля фотопреобразователей и усилителей фототока часто вызывают появление погрешностей и сбоев в фотоэлектронных системах, работающих на постоянном токе. Исследования показывают, что спектр указанных помех находится главным образом в области инфранизких частот, поэтому их влияние можно значительно ослабить при переносе спектра интерференционных сигналов в более высокочастотную область и усилении сигналов на переменном токе. Сдвиг спектра чаще всего осуществляется путем фазовой модуляции интерференционных сигналов. [c.191]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...