Суперлюминесценция

Явление суперлюминесценции нельзя путать с усиленным спонтанным излучением (УСИ), которое часто встречается при работе многих лазеров с высоким коэффициентом усиления, таких, как азотных, эксимерных или лазерных усилителей, скажем на красителе или на неодимовом стекле. Нели в этих лазерах инверсия населенностей достигает критического значения, то в пределах телесного угла Q вокруг оси [c.83]

Непреднамеренный возврат части излучения назад всегда оказывает неблагоприятное воздействие на процесс генерации. Причин тому несколько. В первую очередь, независимо от того, являются ли поверхности указанных объектов полированными (зеркальными) или матированными (диффузно рассеивающими), их присутствие удлиняет средний путь, проходимый по среде фотонами спонтанного излучения (люминесценции). Излучение на рабочей длине волны при этом подвергается усилению, что приводит к бесполезному расходованию возбужденных атомов. Данное явление, называемое суперлюминесценцией (см. также 3.4), играет особо важную роль в режиме модулированной добротности на стадии накопления инверсной населенности, часто являясь основным фактором, лимитирующим накапливаемую энергию. [c.141]

Таким образом, если при неоднородно уширенной линии или в присутствии сильной суперлюминесценции выбрать в соответствии с (3.18), доля мощности генерации, теряемая за счет спонтанных переходов, оказывается больше доли мощности, теряемой за счет неактивного поглощения (напомним, что такой выбор R обеспечивал равенство pi и р2 без учета влияния указанных выше факторов, увеличивающих Pi). В этом случае целесообразно использовать резонатор с несколько большим R, приблизив тем самым друг к другу pi и Р2, что влечет за собой возрас-тание X. [c.194]

НИИ одинаковых типоразмеров активных элементов проявляются эффекты суперлюминесценции (усиленной люминесценции) и генерации (паразитных мод. Паразитное излучение генерируется в активном элементе по замкнутым траекториям при конечном значении отражения от боковых поверхностей активного элемента. Коэффициент отражения боковой поверхности активного элемента зависит от степени шероховатости поверхности [74]. [c.110]

Если накачка не обеспечивает выполнения порогового уровня (а Ф 7), то мощность излучения активного элемента распределяется между различными типами колебаний резонатора в пределах полосы люминесценции квантовой частицы. При этом, если усиление среды а(у) достаточно велико, то полуширина спектра излучения будет уменьшаться по сравнению с полушириной спектра люминесценции в результате усиления спонтанного излучения в активной среде. Это явление получило название суперлюминесценции. [c.124]

Сужение спектра излучения в результате суперлюминесценции обусловлено следующей причиной изменение интенсивности излучения при ее распространении вдоль активного элемента длиной Ь описывается уравнением [c.124]

Существенное значение для энергетики лазеров имеют потери в резонаторе, в лазерном тракте. Не останавливаясь подробно на этих вопросах (некоторые из них будут затронуты в последующих главах), мы более детально ознакомимся с такими существенными для энергетики лазеров потерями энергии возбуждения, как суперлюминесценция и паразитные типы колебаний. [c.58]

Потери энергии возбуждения в лазерах на неодимовом стекле. Обратимся теперь к рассмотрению основных источников потерь энергии возбуждения в лазерах на неодимовых стеклах. К ним прежде всего относятся потери возбуждения за счет спонтанного распада уровня Рз/г, суперлюминесценции и усиления света накачки в полосах усиления активной среды. При определенных условиях — существовании круговых замкнутых траекторий для лучей, распространяющихся внутри активного элемента и отражающихся от его стенок, и при компенсации потерь усилением на этом [c.86]

Оценки суперлюминесценции с использованием / р дают хорошую точность при не слишком значительных уровнях усиления, т. е. при а/ р 1. [c.87]

При а/ср>1 для правильного учета влияния суперлюминесценции необходимо использовать численные методы расчета, например моделирование хода лучей в активном элементе методом Монте-Карло [П1. По существу, это те самые методы расчета, которые мы уже рассматривали в 2.2 при описании численных моделей систем накачки. Результаты расчетов значения 1 для стержневых и прямоугольных дисковых активных элементов при лоренцевой форме линии усиления и неактивных потерях 1,ов=0 представлены па рис. 2.13. Для стержневых активных элементов с матированной боковой поверхностью, как видно из рис. 2.13, существует предельно достижимое значение усиления, определяемое приблизительно как [c.88]

Эффективным методом борьбы с паразитными модами, как и в предыдущем случае, является уменьшение — путем создания иммерсионной оболочки вокруг активного элемента, травлением или матированием его боковой поверхности (или части поверхности). Для активного элемента из неодимового стекла с Лз 1,5 с матированной боковой поверхностью 0,5) из (2.66) получим ас1)тах 0,93. Сравнивая это с формулой (2.64), описывающей условие резкого возрастания суперлюминесценции в матированном активном стержне, можно видеть близость этих условий. Таким образом, резкий рост суперлюминесценции физически и означает возникновение паразитной моды в среде. [c.89]

В заключение раздела приведем характерные энергетические параметры лазеров на неодимовом стекле (табл. 2,6). Приведенные в таблице цифры призваны дать представление о современном уровне энергетических характеристик лазеров, построенных на современных отечественных неодимовых стеклах, и позволяют сориентироваться в вопросе реализации требуемой энергетики. Дальнейшее совершенствование энергетической эффективности лазеров на неодимовом стекле возможно за счет повышения эффективности источников накачки (в частности, селективно излучающих), поиска возможности сенсибилизации неодимовых стекол, подавления суперлюминесценции и т. п. Можно полагать, что для лазеров на неодимовом стекле в перспективе вполне достижимы КПД порядка 10— 15 %. [c.118]

В том случае, если на выходе лазера осуществляется преобразование частоты излучения в высшие гармоники (2-ю, 3-ю и т. д.), то преобразователь из-за очень сильной зависимости эффективности преобразования от интенсивности излучения является хорошим изолятором для излучения суперлюминесценции. Он же эффективно защищает лазерную систему от отраженного мишенью или плазмой излучения, поскольку оно не усиливается в неодимовом стекле. [c.263]

При низком токе (кривая а) оптическое излучение определяется спонтанными переходами, и лазер подобен светоизлучающему диоду с торцевым излучением. В области кривой б возрастает доля индуцированного излучеиия это режим суперлюминесценции. Пря токах выше порога (кривая с) в излучении лазера преобладает доля индуцированного излучения. Спектральные характеристики в этих трех режимах показаны иа рис. Ш.П [c.284]

И спектр сужается, как показано на рис. 3.8.12,6. В легированном 51 сильно компенсированном активном слое инжектированные электроны продолжают заполнять состояния в хвосте зоны проводимости и тем самым сдвигают пик интенсивности излучения в сторону более высоких энергий [28], что хорошо видно нз сравнения рис. 3.8.12, а и б. На рис. 3.8. 2, б показано, как непосредственно за порогом /пор в спектре суперлюминесценции возникает очень узкая линия излучения. На рис. 3.8.12, з приведен спектр лазерной генерации в увеличенном масштабе по энергии. Показанные на нем линии излучения являются продольными модами, удовлетворяющими фазовому условию [c.210]

Данная глава, как мы условились в разд. 1.5, посвящена взаимодействию излучения с веществом. Это очень широкая область науки, иногда называемая фотофизикой. Здесь мы ограничимся обсуждением лишь явлений, имеющих непосредственное отношение к веществу, используемому как активная среда лазера. Вводный раздел посвящен теории излучения черного тела, на которую опирается вся современная физика излучения. Затем мы рассмотрим элементарные процессы поглощения, вынужденного излучения, спонтанного излучения и безызлучательной релаксации, На первом этапе это изучение будет проводиться ради простоты для разреженных сред и малой интенсивности излучения. Кроме того, будем вначале считать, что среда состоит только из атомов. Затем будут рассмотрены случаи высокой интенсивности излучения и плотных сред (когда возникают такие явления, как насыщение, суперизлучение, суперлюминесценция и усиленное спонтанное излучение). В последнем разделе мы обобщим некоторые из полученных результатов на более сложный случай молекулярной системы. Некоторые весьма важные, хотя и не столь общие вопросы, касающиеся фотофизики полупроводников, молекул красителей и центров окраски, мы кратко обсудим в гл. 6 непосредственно перед рассмотрением соответствующих лазеров. [c.25]

Пять перечисленных выше свойств характерны как для суперлюминесценции, так и для сверхизлучения. Различие между этими двумя явлениями трудноуловимо и зависит от способа, каким была получена исходная инверсия населенностей. Если se /uwii/veme В момент времени / = о фазы ос- [c.82]

В заключение этого раздела укажем на то, что описанные явления сверхизлучения н суперлюминесценции редко наблюдаются на практике, поскольку соответствующих пороговых условий достичь трудно. [c.83]

Из приведенного выше рассмотрения эффекта УСИ становится очевидным, что порог для УСИ, строго говоря, не существует. Однако поскольку мощность Р УСИ быстро увеличивается с инверсией населенностей приблизительно как [ехр(огоЛ 20]/(о оЛ 20 см. (2.150) , то, когда пороговые условия, определяемые выражениями (2.153) и (2.153а), превзойдены, УСИ становится преобладающим механизмом релаксации для активной среды. Поэтому отсутствие истинного порога — это особенность, которая отличает УСИ от суперлюминесцснции. Другой отличительной особенностью является то, что если для суперлюминесценции длина активной среды должна быть меньше критической кооперативной длины 1с, то для УСИ такого ограничения не существует. Еще одна характерная особенность УСИ состоит в том, что телесный угол в этом случае устанавливается из геометрических соображений и, как правило, он много больше, чем для суперлюминесценции, для которой этот угол определяется дифракцией. Наконец, заметим, что преимуществом УСИ является то, что его можно использовать для получения достаточно хорошо направленного излучения в некоторых лазерах (генераторах) с высоким усилением (например, в азотных, или эксимерных лазерах), и в то же время УСИ может вызывать нежелательный эффект в лазерных усилителях с высоким усилением (например, в эксимерных лазерах, лазерах на красителях или на неодимовом стекле), поскольку оно снимает имеющуюся инверсию населенностей. [c.85]

При данном значении угла (т. е. при известном наклоне нелинейного кристалла по отношению к оси резонатора) соотношение (8.59) определяет связь между (Oi и (02, а вместе с соотношением (8.58а) оно позволяет вычислить обе частоты (Oi и (02. Можно реализовать условия фазового синхронизма как типа I, так и типа 11 (например, e(o, Ow, +бщ, в отрицательном одноосном кристалле), а перестройку можно осуш,ествлять изменением либо наклона кристалла (угловая перестройка), либо температуры (температурная перестройка). В заключение заметим, что если усиление, обусловленное параметрическим эффектом, достаточно велико, то можно обойтись и вовсе без зеркал, а интенсивное излучение на частотах (Oi и (02, происходяш,ее от параметрического шума, можно получить за один проход через кристалл. Это внешне очень похоже на явления суперлюминесценции и усиленного спонтанного излучения, которые рассматривались в разд. 2.7, и иногда (довольно необоснованно) называется суперлюминесцентным параметрическим излучением. [c.503]

По тем же причинам, что и в ряде других разделов, ограничимся рассмотрением режима генерации без хмодуляпии добротности в условиях постоянной накачки. Отметим, что именно в этом сл> ае правильный выбор параметров резонатора оказывается наиболее важным при модуляции добротности на первое место выходят тип и характеристики затвора, а также то, какие меры приняты для борьбы с суперлюминесценцией (см. далее) [c.188]

Моноимпульсная генерация. Процесс получения моноим-пульсной (МИ) генерации, как и ранее рассмотренные режимы, можно разбить на две осрювные стадии стадию накопления возбужденных центров на верхнем лазерном уровне и стадию лавинообразного сброса накопленной энергии в виде гигантского импульса света. Стадия накопления рассмотрена нами выше, отметим лишь необходимость учета суперлюминесценции, поскольку из-за низкой добротности резонатора при МИ-генерации на стадии накопления создается достаточно высокий уровень инверсии и, соответственно, усиления. [c.99]

Из табл. 2.4 видно, что прирост КПД т п1ах/По составляет 30 % при довольно значительном росте температуры плазмы. В режиме усиления прирост КПД по запасенпой энергии меньше, чем в режиме свободной генерации, и наблюдается при сравнительно больших уровнях накачки. Относительное уменьшение прироста КПД в этом режиме связано, в основном, с появлением дополнительных потерь из-за суперлюминесценции и подобных ей эффектов (см. 2.3). Роль этих потерь достаточно велика. Если в расчете положить, что кванты с Я=1,06 мкм не отражаются от наружной поверхности активного элемента, то Т1 п возрастает примерно в 1,5 раза по сравнению с приведенными в таблице. [c.110]

Рассмотренные выше нелинейные процессы могут быть использованы для фазирования излучения в отдельных усилительных каналах или отдельных фрагментах активного элемента. Необходи-- юсть фрагментирования активной среды может вызываться такими причинами, как развитие суперлюминесценции и паразитных мод, термопрочность стекла (в данном разделе имеется в виду фрагментирование сечения активного элемента). [c.181]

Излучение мощного лазера воздействует на тот или иной объект (мишень), часто малоразмерный. Для сохранения такого объекта в целости перед приходом основного импульса энергия суперлюминесценции в ряде случаев не должна превышать 1 мДж, что приводит к необходимости обеспечивать контраст излучения, т. е. отношение энергии или мощности основного импульса и фонового излучения, на уровне 10 —10 . Ясно, что в длинной усилительной системе с большим усилением сделать это довольно трудно. Наконец, необходима защита усилительной системы от излучения, отраженного объектохм-мишенью (или образовавшейся плазмой) в обратном направлении. Это излучение, усилившись в сохранивших энергию усилителях, может привести к многочисленным разрушениям оптических элементов. [c.262]

В качестве таких изоляторов для излучения суперлюминесценции, основная доля которого распространяется в углах 0 =зО,1 рад [55], могут быть использованы уже рассмотренные нами пространственные фильтры с угловой полосой пропускания 0 фЛ 1О — 10 2 рад< 0 . Оценки показывают, что при этом в угле пространственной фильтрации мощность излучения суперлюминесценции после усилителя составляет 10—20 Вт, что в 10 —101" раз меньше мощности основного импульса. Однако эта мощность усиливается в последующих усилительных каскадах, да и не везде целесообразно использовать вакуумные пространственные фильтры. Поэтому уси-лительиые системы, как правило, дополняются быстродействующими ячейками Поккельса, которые существенно (в 10 —10 раз каждая) ослабляют излучение суперлюминесценции, а также предотвращают возбуждение усилительных каскадов. Достаточно высокое быстродействие таких затворов (1—10 не, см. гл. 5) позволяет увеличивать контраст излучения в непосредственной близости от основного короткого импульса. Световая апертура существующих ячеек Поккельса на кристаллах ОКОР достигает 6—8 см. Однако использование методов повышения равномерности поля в элек-трооптическом кристалле путем использования жидких или плазменных электродов [561 позволяет в принципе значительно — до 30 и более сантиметров — увеличить их апертуру. Как и в случае усилительных каскадов, возможно также секционирование апертуры кристаллов. [c.262]

W =h a a. Из-за ограниченности коэффициента усиления эффектами суперлюминесценции и генерации паразитных мод на уровне a= onstD" (D —диаметр усилителя onst и Л/— постоянные, зависящие от типа усилителя, см. табл. 6.1) это может быть сделано только при уменьшении о. Однако в этом случае, как следует из рис. 6.8, нарастают трудности энергосъема короткими импульсами. [c.265]

На рис. 3.8Л2, а показан спектр спонтаниого излучения того лазера, к которому относится рис. 3.8.11, при низком уровне накачки. При возрастании тока до значений, лежащих непосредственно перед inop, возникает суперлюминесценция g < ai, [c.208]

Спектры излучения GaAs—Al.rGai- As ДГС-лазера. а —спонтанное излучение б — суперлюминесценция в —в иужденное излучение г — приведенный иа рис. в спектр в увеличенном масштабе по шкале энергий. [c.209]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...