Резонаторы нестационарные

Для расчета нестационарной генерации рубинового ОКГ надо составить диференциальные уравнения, которые определяют изменение во времени инверсной населенности АЫ и плотности излучения в резонаторе и. Решение этих уравнений, полученное на электронно-вычислительной машине, представлено на рис. 114. Генерация возникает, когда под действием излучения накачки достигается пороговое значение инверсной населенности АМ ор, при котором коэффициент усиления К равен коэффициенту потерь Кп- Однако плотность излучения и вначале невелика и скорость вынужденных переходов 1С верхнего уровня еще меньше, чем скорость его заселения под действием накачки. Поэтому в течение некоторого времени (-- 1 мкс) АЫ продолжает возрастать, несколько превышая ЛЛ/дор. Если пренебречь незначительным вкладом спонтанного излучения, то [c.297]

В этой главе мы рассматривали непрерывный и переходный режимы работы лазера в первом приближении, а именно с помощью (пространственно усредненных) скоростных уравнений. Для повышения точности (и сложности) необходимо использовать следующие подходы 1) Скоростные уравнения, в которых учитываются пространственные изменения как инверсии, так и плотности электромагнитной энергии. Этот метод обсуждается в Приложении Б. 2) Последовательное полуклассическое рассмотрение, в котором среда квантуется, а электромагнитные поля резонатора описываются классически, т. е. с помощью уравнений Максвелла. Можно показать [1], что в непрерывном режиме соответствующие уравнения сводятся к скоростным. Это же справедливо и в переходном режиме, если продолжительность любого переходного процесса много больше обратной ширины лазерного перехода. Следовательно, все нестационарные случаи, рассмотренные в этой главе (за исключением синхронизации мод), могут быть адекватно рассмотрены в рамках приближения скоростных уравнений. 3) Полностью квантовый подход, при котором квантуются как среда, так и излучение. Это, рне сомнения, наиболее полное рассмотрение из всех. Оно необ- [c.326]

Частотная модуляция, возникающая вследствие нелинейности показателя преломления растворителя, в процессе усиления и нестационарного насыщения поглотителя, при отражении от зеркал и т. п., может быть использована для уменьшения длительности генерируемых импульсов. С этой целью в резонатор лазера вводится диспергирующий элемент, например, призменный компрессор (рис. 6.66) [c.247]

Куда хуже обстоит дело с нестационарными во времени линзоподобными деформациями (даже медленно меняющимися, например в начальный после включения период работы лазера), а также с аберрациями более высоких порядков. Наиболее перспективно здесь применение неустойчивых резонаторов (вспомним рассуждения об аберрационных коэффициентах и вид графиков для них на рис. 2.23), однако расходимость излучения лазеров с их использованием будет значительно больше, чем в отсутствие деформаций. [c.134]

Нестационарный режим работы лазера, осуществляемый в отличие от чаще всего нежелательного режима релаксационных колебаний целенаправленно, достигается путем возможно более быстрого изменения добротности резонатора лазера (т. е. потерь) или усиления. Принцип модуляции добротности заключается в следующем. Внутри лазерного резонатора в качестве дополнительного элемента помещается оптический затвор. При закрытом затворе генерация не может начаться, и под действием накачки активной среды возрастает инверсия населенностей, значительно превышая порог генерации лазера без введения дополнительных потерь в резонатор. Если затвор откры- [c.89]

Этот режим с увеличением длины резонатора переходит в режим коротких двойных импульсов и наконец в стабильный моноимпульсный режим. При слишком большой длине резонатора имеет место нестационарный режим, который прежде всего проявляется в наличии у импульса субструктуры (см. разд. [c.181]

ПИИ. к этим недостаткам относятся большая длительность импульсов, малая их воспроизводимость и невозможность непосредственной перестройки частоты. Существенным отличием от лазеров на красителях является и то, что накачиваемые импульсными лампами твердотельные лазеры работают в нестационарном импульсном режиме. Поэтому излучение твердотельных лазеров с синхронизацией мод представляет собой цуг ультракоротких импульсов длительностью от 50 до 200 не (рис. 7.6). Длительность импульсов, генерируемых лазером на AHF.-Nd, равна 20—40 пс, в то время как полная энергия цуга импульсов составляет от 1 до 10 мДж, а энергия отдельного импульса лежит в пределах от 0,1 до 1 мДж [7.22]. Лазеры на AHr Nd позволяют обычно работать с частотами повторения цугов импульсов, равными нескольким герцам, в экстремальных случаях до 100 Гц. Предельно короткие импульсы длительностью Тьл 15 ПС были получены в [7.62]. В этой работе приме нялся кольцевой резонатор, в котором аналогично уже описанным кольцевым лазерам на красителях сталкивающиеся импульсы перекрывались в поглотителе. Рубиновые лазеры с синхронизацией мод обычно позволяют получить импульсы длительностью от 15 до 30 пс. Энергия, приходящаяся на один импульс в середине цуга, имеет порядок от 0,1 до 1 мДж. [c.259]

Поскольку время t входит в явном виде только в левую часть уравнения, то в указанных случаях наличие зависящих от времени коэффициентов приводит к удлинению метрики временной координаты. В нестационарном режиме генерации на практике будет происходить удлинение пичков и уменьшение частот релаксационных колебаний, что экспериментально наблюдалось в лазере на рубине с длинным атмосферным резонатором [23]. Кроме того, в случае (6.21) изменением параметра внешнего воздействия q за счет, например, варьирования коэффициента отражения выходного зеркала Г2 в выражении (6.13) оказывается возможным управлять параметрами генератора, в том числе его реакцией на внутрирезонаторное поглощение. [c.208]

Обратная картина реализуется в случае лазеров на газах низкого давления, например Не—Ые-лазере. В этом случае обратная ширина полосы люминесценции отдельного атома близка к времени жизни фотонов в резонаторе. При этом следует использовать полную систему уравнений для матрицы плотности. Однако большинство таких лазеров работает в стационарных режимах генерации, когда автоматически выполняется условие слежения поляризации активной среды за полем. Переходные же режимы в таких лазерах кратковременны и не представляют интереса. Использование кинетических уравнений для стационарного режима в такого рода лазерах оправдано, если не интересоваться тонкими эффектами взаимодействия мод, вышедших в генерацию. Поэтому в дальнейшем остановимся на динамических процессах, протекающих лишь в твердотельных лазерах, поскольку, с одной стороны, эти процессы определяют основные характеристики такого рода лазеров, а с другой стороны, именно нестационарные режимы генерации этих лазеров позволяют получать рекордные по мощности и длительности оптические импульсы. [c.150]

Наиболее часто и легко реализуемыми режимами генерации твердотельных лазеров являются нестационарные режимы излучения, получившие названия а) режим свободной генерации) б) режим модулированной добротности резонатора в) режим синхронизации мод. Все эти режимы находят широкое применение и поэтому заслуживают подробного исследования. [c.164]

В нестационарных условиях генерации даже при устранении неоднородного выгорания инверсии генерируется не одна мода резонатора. Однако спектр генерации сильно сужается по сравнению с формулой (5.42). Это связано с те.м, что периферийные частоты вступают в генерацию позднее, чем центральная, в силу чего интенсивность излучения, растущая на линейном этапе развития генерации как ехр нарастает значительно сильнее в области вблизи центра линии усиления. Расчет на основе уравнений баланса с учетом спектральной зависимости (V) и a(v) приводит к следующему выражению для ширины спектра генерации в конце этапа ее линейного развития длительностью Тл [6] [c.228]

При резонансном возбуждении атомной системы нестационарное поведение может вызываться инерционностью самой атОмной системы и дисперсионными свойствами среды. Последние создают между импульсами с различной центральной частотой эффекты, обусловленные временем пролета, а также приводят к разбега-нию импульса. (Мы не останавливаемся здесь на процессах установления колебаний в резонаторах и на временном процессе формирования вынужденных волн из спонтанной эмиссии см. по этому поводу разд. 3.15 и 3.16.) [c.402]

Причиной является целенаправленное изменение во времени величины вредных потерь (активная модуляция добротности резонатора) либо полезных потерь модуляция нагрузки). Нестационарности генерации может способствовать внесение в резонатор нелинейных элементов, например насыщающегося резонансного поглотителя (просветляющегося фильтра) ). [c.267]

Лазер с нестационарным резонатором. Незатухающие пульсации мощности излучения [c.317]

Под нестационарным резонатором здесь понимается резонатор, добротность которого подвергается слабой модуляции либо преднамеренно (например, при помощи акустооптической или электрооптической ячейки), либо случайным образом (за счет различных факторов технического происхождения, которые, как правило, имеют место в реальных условиях работы лазера). Существенно, что даже незначительная нестабильность параметров резонатора может заметно влиять на режим генерации лазера. [c.317]

Лазер с нестационарным резонатором [c.319]

Таким образом, модель одномодового лазера с нестационарным резонатором позволяет выявить важную роль нестабильностей технического происхождения как одной из причин возникновения незатухающих пульсаций интенсивности лазерного излучения. [c.325]

Будем исходить из задачи о колебаниях внутри резонатора в строгой нестационарной постановке. Это связано с тем, что затухание колебаний в резонаторе в отсутствие источников, по сут дела, — переходный процесс. Итак, требуется решить уравнения Максвелла [c.78]

В прошлом частотный 3. а. проводили с помощью резонаторов акустических, напр, резопаторов Гельмгольца. Набор таких резонаторов с разл. резонансными частотами позволяет проводить частотный 3. а., наблюдая, какие из резонаторов отк,пикаются на звук и с какой громкостью. В настоящее время 3. а. выполняют после преобразования звукового сигнала в электрический с номощью микрофона (в воздухе) или гидрофона (в воде). Применяют либо параллельный, либо последовательный 3. а. В первом случае электрич. сигнал пропускают через набор полосных фильтров с шириной Д/п, где п — номер фильтра, и получают частотный спектр. Наиб, употребительны анализаторы с постоянной относит, шириной полосы Д/п//ср П (/ср — ср. частота фильтра), равной 1, Vs или /в октавы. Совокупность напряжений на выходе фильтров представляет частотный спектр сигнала. В случае нестационарных сигналов спектр характеризуется накопленными за нек-рый интервал времени Т среднеквадратичными напряжениями на выходе фильтров. [c.71]

В предыдущих главах мы рассмотрели некоторые свойства отдельных элементов, которые составляют лазер. К ним относятся лазерная среда (взаимодействие которой с электромагнитным излучением мы рассматривали в гл. 2), система накачки (гл. 3) и пассивный оптический резонатор (гл. 4). В данной главе мы воспользуемся результатами, полученными в предыдущих главах, для построения теоретических основ, необходимых для описания как непрерывного, так и нестационарного режимов работы лазера. Развитая здесь теория основывается на так называемом приближении скоростных уравнений. В рамках этого приближения соответствующие уравнения выводятся из условия баланса между скоростями изменения полного числа частиц и полного числа фотонов лазерного излучения. Достоинство данной теории состоит в том, что она дает простое и наглядное описание работы лазера. Кроме того, она позволяет получить достаточно точные результаты для большого числа практических приложений. При более строгом рассмотрении следует применять либо полуклассическое приближение (в этом приближении среда рассматривается квантовомеханически, а электромагнитное поле считается классическим, т. е. описывается уравнениями Максвелла), либо полностью квантовый подход (когда среда и поля являются квантованными). Читатель, желающий познакомиться с этими более точными теоретическими рассмотрениями, может обратиться к работе [1]. [c.237]

Возможно, что наиболее ранний пример использования комплексных собственных частот в электродинамике относится к 1884 г., когда Томсон рассмотрел свободные колебания поля во внешности идеально проводящей сферы [152]. Типы колебаний, удовлетворяющие условию неприходящего излучения, экспоненциально нарастали в пространстве, что дало повод для критики со стороны Ламба, считавшего задачу физически неправильно поставленной. Явление экспоненциальной катастрофы до сих пор многих отпугивает от решения несамосопряженных спектральных краевых задач, хотя вопрос полностью исчерпывается при переходе на нестационарную точку зрения — с каждым нарастающим колебанием связан экспоненциальный множитель, зависящий от времени, который перекрывает зависимость от координат в любой точке пространства. Иными словами, каждая функция, описывающая свободные колебания, финитна в пространстве и ее носитель растет со временем. Постановка спектральных задач для линий передачи и открытых резонаторов вполне естественна даже без связи с проблемами теории рассеяния. В случае с дифракционными решетками необходимость в построении спектральной теории не столь [c.10]

Лазеры на красителях с синхронной накачкой. Сущность метода синхронной накачки заключается в модуляции коэффициента усиления активной среды с помощью оптической накачки импульсами, частота следования которых равна или кратна частоте обхода резонатора генерируемым импульсом. Выходное излучение синхронно-накачивае-мого лазера представляет собой непрерывный или ограниченный цуг импульсов, следующих синхронно с импульсами накачки. Для осуществления нестационарной модуляции усиления в активной среде импульсы накачки должны иметь длительность t , существенно меньшую, чем время жизни населенности рабочего уровня Ti, и энергию, превышающую пороговую для самовозбуждения лазера. Режим синхронной накачки эффективен в тех случаях, когда период следования импульсов накачки Ти превышает время жизни рабочего уровня, T Ti. В этой ситуации происходит быстрое формирование импульсов генерации из шумовых затравок спонтанной люминесценции. [c.248]

Генерация импульсов в режиме управления добротностью резонатора. Подавление ничкового характера генерации и получение стационарного режима работы в принципе может быть получено стабилизацией всех параметров лазера [13]. Однако, как следует нз предыдущего рассмотрения, практическое осуществление такой стабилизации представляет собой трудную задачу, особенно для лазеров на неодимовом стекле, работающих в импульсном нестационарном режиме. Поэтому для генерации достаточно длинных лазерных импульсов с длительностью больше длительности первого пнчка свободной генерации (нескольких микросекунд) применяют другой способ, заключающийся во введении отрицательной обратной связи, т. е. уменьшения добротности резонатора при увеличении интенсивности излучения. [c.201]

Таким образом, мы свели задачу трёхмерного рассеяния к решению одномерного нестационарного уравнения Шрёдингера. Подчеркнём, однако, что это нетривиальная задача, так как в результате движения атома через резонатор потенциал явно зависит от времени, поскольку включение и выключение взаимодействия определяется модовой функцией sin iVVzt/Lz). [c.616]

Это есть уже известная читателю система (3.2.18), в которой последнее уравнение модифицировано с учетом специфики задачи (не учитываются процессы релаксации и накачки в течение времени высвечивания гигантского импульса). На основе численного интегрирования на ЭВМ балансных уравнений (3.6.42) выявлена форма светового импульса для различных значений времени включения добротности tQ (рис. 3.34). На рисунке представлена зависимость мощности светового импульса Р от времени t (момент / = О есть момент начала генерации) для значений iQ, равных 1,5 не (кривая Г), 3 НС (кривая 2), 10 не (кривая 3), 20 не (кривая 4), 40 не (кривая 5), 60 не (кривая 6). Обозначим время двойного прохода излучения по резонатору через То в рассматриваемом случае То 2 не. Из рисунка видно, что при быстром включении добротности (fQ < То) имеет место субструктура генерируемого импульса, модулированная с периодом порядка То она связана с нестационарным перерас- [c.347]

Следует подчеркнуть, что опри определенных условиях (при определенных значениях параметров С, р, б, а, а ) оба стационарных состояния генерации (3.7.29) и (3.7.30) оказываются неустойчивыми. Это означает, что даже при стационарной накачке и стабильности параметров активного элемента, фильтра, резонатора режим генераии лазера с просветляющимся фильтром может быть нестационарным. Иными словами, сам факт наличия внутри резонатора просветляющегося фильтра может приводить к неустойчивости стационарной генерации. [c.359]

Для сред, находящихся в состоянии термодинамического равновесия, е", ц">0, что соответствует именно диссипации энергии (положительные потери [24]). Для неравновесных, например, инверснонаселенных сред, возможно е"<0, / <0, что приводит к усилению, либо генерации. Заметим, что стационарная постановка задачи для систем с потерями, как правило, соответствует сути дела стационарность обеспечивается тем, что потери энергии в системе полностью компенсируются за счет энергии стороннего источника. Исключение составляет задача о свободных колебаниях объемного резонатора с потерями , здесь компенсации за счет внешних сил нет, и задача принципиально нестационарна. [c.19]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...