Усиление и генерация света

Усиление и генерация света [c.271]

Параметрическое усиление и генерация света. [c.255]

Усиление света и генерация света в растворах красителей при их оптическом возбуждении обусловлены [c.950]

Практическое осуществление генерации света. Как осуществить практическую генерацию (усиление) световых волн на частотах (Oj и (1)2 Для этого нужно направить на нелинейный прозрачный кристалл, поляризация которого имеет вид (18.22), мощную волну накачки (рис. 18.10). При этом усиливаются те из всех возможных внутри кристалла пар воли, суммарная частота которых удовлетворяет условию синхронизации (18,28а). Если же в кристалле распространяется лишь одна сигнальная волна частоты oi, то в среде автоматически возникает другая волна с частотой Ы2 — i и происходит одновременное их усиление. Для получения эффективного усиления нелинейный кристалл располагают между зерка- [c.408]

Параметры Лазеров подразделяются на внешние и внутренние. Внешние параметры характеризуют излучение, вышедшее из лазера внутренние связаны с процессами, происходящими внутри резонатора с рабочим веществом. К внешним основным параметрам относятся энергия и мощность излучения, длительность импульса, угловая расходимость пучка света, когерентность излучения и поляризации. Помимо этого в ряде случаев необходимо знать распределение энергии и мощности внутри пучка, его спектральный состав и изменение во времени, а также изменение угловой расходимости в ближней и дальней зонах. К внутренним параметрам относятся спектр мод резонатора, усиление и шумы в ряде случаев требуется знать также порог генерации и насыщение. Различные типы лазеров имеют различные параметры, определяющие области их применения в науке и в технике, и в частности в машино-и приборостроении. [c.19]

Состояние среды, когда Ns>N2y называется инверсией населенности энергетических уровней. В таком состоянии среда уже способна к генерации света. Для этого ее помещают в резонатор, который в простейшем случае образован двумя параллельными зеркалами, одно из которых полностью отражает свет, а другое частично отражает и пропускает его наружу (рис. В. 3). В этом случае усиление света в кристалле будет превосходить поглощение. [c.7]

В п. 3.312 было показано, что ультракороткие импульсы могут развиваться из статистических распределений интенсивности в многомодовом лазере, причем фазы отдельных мод могут иметь вначале случайное распределение. В специальной резонаторной схеме (см. фиг. 75, а) могут генерироваться пикосекундные импульсы в процессе усиления света и нелинейного поглощения. Процесс генерации можно разделить на несколько стадий. В самом начале интенсивность еще настолько низка, что усиление и поглощение могут считаться линейными. Правда, в общем непериодический ход интенсивности (см. фиг. 67) уже дополняется в некоторой области периодическими структурами с длиной периода 21/с (Ь есть оптическая длина пути в резонаторе) вдоль прямого и обратного хода. С возрастанием интенсивности становится заметным нелинейное поведение насыщаемого поглотителя поглощение этого однофотонного поглотителя убывает с возрастанием интенсивности /, так как убывает разность населенностей верхнего и нижнего уровней вследствие перекачки. Поэтому в процессе усиления главную роль играют максимумы интенсивности, тогда как малые значения интенсивностей являются несущественными. Из сильного максимума интенсивности поглотитель после своего насыщения уже ничего не заглатывает (см. характеристику прозрачности на фиг. 75,6). Таким образом, при возрастающем усилении импульс встречает нормальные лазерные условия, благодаря чему на дальнейшей стадии в конце концов наступает про- [c.476]

При условии Г а наступает параметрическая генерация света амплитуды усиливаемых волн растут экспоненциально во времени. Частоту параметрического генератора света можно плавно перестраивать, как и в случае параметрического усиления бегущих световых волн (3.22). [c.176]

Как уже отмечалось, устройство оптического квантового генератора весьма просто. Тем не менее при его изготовлении возникают многочисленные чисто технические и технологические трудности. Так, например, требуется очень высокое качество обработки поверхностей и юстировки зеркал. Если зеркала непараллельны, то луч света будет отклоняться от оси активного стержня и, пройдя через активное вещество несколько раз, выйдет за его пределы (см. рис. 10, система накачки на рисунке отсутствует). В результате усиления света будет незначительным и генерация ие возникнет. [c.21]

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]

Принцип работы лазера в режиме модуляции добротности состоит в следующем. Допустим, что внутрь оптического резонатора помещен затвор. Если затвор закрыт, то генерация не возникает и, следовательно, инверсия населенности может достигнуть очень высокого значения. При достаточной мощности накачки на метастабиль-ном уровне можно накопить почти все частицы активного вещества. Однако условие генерации выполняться не будет, так как потери резонатора слишком велики. Если быстро открыть затвор, то усиление в лазере будет существенно превышать потери и накопленная энергия выделится в виде короткого интенсивного импульса света. Поскольку в данном случае добротность резонатора изменяется от низких до высоких значений, то такой режим называется режимом модуляции добротности резонатора. При быстром открывании затвора (за время, которое короче времени развития лазерного импульса) выходное излучение состоит из одного гигантского импульса. При медленном же открывании затвора может генерироваться много импульсов. [c.283]

Использование в оптическом эксперименте лазерных источников света привело к открытию ряда явлений, не совместимых с принципом линейности. Практически одновременно с созданием первых лазеров были обнаружены такие нелинейные оптические явления, как генерация гармоник, сложение и вычитание частот световых потоков, вынужденное комбинационное рассеяние света, двухфотонное поглощение. Было ясно также, что сам лазер — это оптическая система, в которой важную роль играет эффект насыщения усиления света активной средой. Все это стимулировало бурное развитие теоретических и экспериментальных исследований нелинейного взаимодействия света с веществом, разработку методов практического использования нелинейных оптических явлений в науке и технике и привело, в частности, к возникновению нелинейной оптики. [c.298]

Кроме того, световая волна, распространяющаяся вдоль р — -перехода, проходит не только через активную область, но и через пассивные области диода. Поэтому для возникновения генерации необходимо создание такой инверсной заселенности зон, при которой усиление света в активной области перекрывало бы все потери его, связанные с прохождением через диод и малым отражением его зеркальных граней. [c.342]

За 20 лет существования нелинейной волоконной оптики были достигнуты большие успехи как в решении прикладных задач квантовой электроники, так и в изучении фундаментальных физических явлений. Такие нелинейные процессы, как параметрическое усиление, вынужденное комбинационное рассеяние и вынужденное рассеяние Мандельштама-Бриллюэна, успешно используются в создании и разработке волоконных лазеров, усилителей и преобразователей параметров излучения. В волоконных световодах изучаются сжатые состояния света, генерация и распространение оптических солитонов, явление фоточувствительности стекла. [c.5]

Теперь рассмотрим пороговую поглощенную энергию накачки при которой коэффициент усиления света в активной среде к концу импульса накачки сравнивается с коэффициентом потерь в резонаторе. Поскольку при этом процесс генерации отсутствует и поле излучения в ре- [c.62]

В описанных выше параметрических явлениях люминесценции, усиления и генерации света принимали участие фотоны трех частот (О,, г, 3. Известны и более сложные многофотонные параметрические процессы (четырех-, пяти-, шестифотонные и т. д.). [c.853]

В области экспериментальной нелинейной оптики наиболее интересные исследования за время, прошедшее после написания книги Бломбергена, выполнены в области параметрического усиления и генерации света и вынужденного рассеяния. Особый интерес здесь представляют работы, имеющие целью создание плавно перестраиваемых параметрических генераторов непрерывного действия, использующих в качестве генераторов накачки газовые лазеры [51]. Широкий круг исследований по вынужденному комбинационному рассеяниювыполненных в разных странах, показал, что, хотя многие важные черты наблюдаемых здесь явлений согласуются с теорией типа теории, развитой в гл. 4 настоящей книги, имеются и явления, не укладывающиеся в эту теоретическую схему. К последним относятся существенные отличия в диаграмме направленности антистоксового излучения (иногда оно становится диффузным), аномально большие коэффициенты усиления стоксовых компонент, в несколько раз превосходящие теоретические, резкое уширение линий и т. п. Эти явления обсуждались на состоявшихся летом 1965 г. конференциях по [c.26]

Стимулированное излучение. Рассматривая процессы возбунаде-ния электронов в полупроводниках под действием света и свечение, которое возникает при излучательной рекомбинации электроннодырочных пар, мы оставили без внимания важный вопрос о влиянии самого излучения на переходы возбужденных электронов в нормальные состояния, на особенность излучения, возникающего в этих условиях при таких переходах, и возможность их практического использования для усиления и генерации электромагнитных колебаний. [c.333]

Различают резонансные н нереаонансные П. к. с. В резонансных — нараметры меняются периодически, с периодом, находящимся в определённом целочисленном соотношении с периодом собств. колебаний или волн в системе. Это может приводить к эффектам раскачки поля из-за накапливающейся передачи энергии систе.ме в такт с её колебаниями (см. Параметрический резонанс). Это явление используется для усиления и генерации колебаний и волн (см. Параметрическая генерация и усиление электромагнитных колебаний, Параметрический генератор света). [c.537]

Для параметрического усиления и преобразования света, генерации оптических гармоник обычно используют нерезонансный электронный нелинейный отклик газов н кондеснроваиных сред. Время установления отклика t ., не превышает при этом 10 с. Увеличение интенсивности света, достигаемое при сни-хронизацин мод в лазере (фокусировка во времени) приводит к существенному повышению эффективности нелинейного взаимодействия волн. [c.110]

Пороговая мощность накачки непрерывного лазера. Пороговая мощность накачки, как уже отмечалось, обеспечивает равенство усиления и потерь света в лазере при круговом обходе резонатора (такое состояние называется порогом генерации лазера). Из этого условия легко найти выражение для пороговой мощности накачки. Для этого можно воспользоваться уравнением генерации одномодового лазера (2.1а), из которого определяется пороговая концентрация инверсной населенности активной среды Л пор и затем пороговая мощность накачки. Действительно, первый член уравнения в левой части (—wjx ) описывает затухание поля за счет потерь в резонаторе, а второй член D ni)Vg,wNусиление поля в активной среде с инверсией населенности ионов неодима, равной N. При некоторой пороговой инверсии Л пор оба члена сравниваются по абсолютной величине, производная dwjdt обращается в нуль и дальнейшее, даже малое повышение инверсии, обусловливая положительную производную энергии поля во времени, приводит к генерации света в лазере, т. е. пороговое значение концентрации инверсии населенности находится из (2.1а) при равенстве нулю производной dwjdt. [c.58]

Излучение света при рекомбинации. Наряду с поглощением в полупроводниках наблюдается также и обратный процесс — излучение света при переходах неравновесных носителей из одной зоны в другую, а также при переходах на уровни примесей и дислокаций. При это.м наблюдается и.злучение, обусловленное как вертикалышми, так и невертикальнылш переходами с участием фононов. Доля излучательной рекомбинации велика в полупроводниках с узкой запрещенной зоной, таких как 1п8Ь. Этот вывод справедлив для малых нарушений равновесия (малые уровни инъекции). Для больших уровней инъекции интенсивное рекомбинационное излучение было получено в СаА — полупроводнике с широкой запрещенной зоной [15]. Явление излучательной рекомбинации в полупроводниках может быть использовано для усиления и генерации инфракрасного света. Подробные сведения об этом явлении приведены в [3, 12, 13, 14]. [c.525]

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]

В поле мощного оптич. излучения в результате од-новрем. протекания процессов дифракции света на УЗ и генерации УЗ-волн вследствие электрострикции происходит усиление светом УЗ-волны, В частности, при распространении в среде интенсивного лазерного излучения наблюдается т, н, вынужденное рассеяние Мандельштама — Бриллюэна, при к-ром происходит усиление лазерным излучением тепловых акустич. шумов, сопровождающееся нарастанием интенсивности рассеянного света. К оптоакустич. эффектам относится также генерация акустич. колебаний периодически повторяющимися световыми импульсами, к-рая обусловлена переменными механич. напряжениями, возникающими в результате теплового расширения при периодич. локальном нагревании среды светом. [c.46]

За счёт неравновесных носителей в П. может возникать инверсия населённостей, когда число электронов на более высоких уровнях энергии больше, чем на низких. В таких условиях излучение света превышает его поглощение, т. е. происходит усиление света. Усиление происходит лишь в т. н. активной области П. В остальных местах инверсия населённостей отсутствует н преобладает поглощение света. Если усиление света в активной области столь велико, что оно компенсирует и потерн в пассивной области и выход световой энергии вовне, то возникает генерация света. В полупроводниковых лазерах инверсия населённостей обычно достигается инжекцией неравновесных носителей через контакты (см. Инжекционкый лазер, Гетеролазер). [c.43]

Электрорадиоматериалы необходимы для изготовления проводов, кабелей, волноводов, антенн, изоляторов, конденсаторов, резисторов, катушек индуктивности, трансформаторов, электродвигателей и генераторов, магнитов, диодов и транзисторов, электронных ламп, электромеханических преобразователей, лазеров и мазеров, приемников света, запоминающих устройств ЭВМ и т. д. От их свойств зависит работа электрической схемы прибора генерация, передача, выпрямление, усиление и модуляция электрического тока, образование электрической изоляции и др. [c.5]

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]

Параметрическое усиление служит физической основой для создания параметрических генераторов света. Принципиальная схема такого генератора показана на рис. 41.13. В резонатор, образованный плоскими зеркалами М.. и М< , помещается нелинейный кристалл К, вырезанный таким образом, что для волн, распространяющихся перпендикулярно зеркалам, выпoлня pт я векторные условия синфазности + А = либо к + к -- к. Для возбуждения параметрической генерации применяется излучение второй (или третьей) гармоники рубинового или неодимового [c.852]

Перейдем к рассмотрению процесса генерации. Образование инверсной заселенности еще не гарантирует высокой интенсивности светового потока, выходящего из активного вещества. Степень усиления зависит от коэффициента усиления кус и длины активного слоя I. В простом виде эту зависимость можно представить следующим образом ( = оехр(/ ус/), где о — интенсивность света, падающего на поглощающий слой вещества щ — интенсивность света, выходящего из него /гус = = —йпогл. Если бы удалось сильно увеличить длину активного стержня, то излучение, выходящее из его торцов, было бы весьма интенсивным, причем оно существовало бы даже, если бы и не было внешнего потока. Первичным источником была бы люминесценция, многократно усиленная при прохождении большой длины усиливающего слоя (это явление называют сверхлюминесценцией). [c.277]

Рассмотрим применение М.— Р. с. для наиб, часто встречающегося трёхчастотного взаимодействия (см. Взаимодействие световых волн, Взаимодействие волн в плазме. Параметрическая генерация и усиление электромагнитных колебаний, Параметрический генератор света. Параметрическое рассеяние). Если, напр., выполняется соотношение Юн — Юс = Юр (Юр — разностная частота), то в соответствии с (1), (2) [c.223]

Однако экспериментаторы, естественно, не были склонны дожидаться разрешения всех этих сложных теоретических проблем достаточно было совета поместить возбужденную среду между двумя плоскими зеркалами. В 1960 г. Мейман [184] разместил рубиновый стержень с плоскопараллельными посеребряными торцами внутри спиральной импульсной лампы — и первый в истории макет оптического генератора был готов. Быстро обнаружив ряд эффектов, свидетельствовавших о наличии когерентного усиления света люминисценции рубина, Мейман не сразу добился генерации первым ее увдлось наблюдать воспроизведшим ту же конструкцию Коллинзу и др. [151]. В следующем, 1961 г., функционировали лазеры уже на нескольких типах активных сред - лавина сдвинулась с места. [c.61]

Еще более изящный способ использования излучения моды высокого порядка был преддожен внесшим большой вклад в теорию и практику одночастотных лазеров Ю.В. Троицким. Он состоит в замене полупрозрачного выходного зеркала на полностью отражающее с единственным полупрозрачным участком, имеющим намного больший коэффициент пропускания и приходящийся точно на одно из пятен [132]. Правда, при этом снижается конкурентоспособность именно той моды, которую мы пытаемся использовать меньшими потерями, по сравнению с ней, начинают обладать те моды, у которых на полупрозрачный участок приходится не максимум, а минимум интенсивности. Чтобы, несмотря на это, все же заставить лазер генерировать на избранной моде, приходится вставлять в резонатор маску, поглощающую или рассеивающую свет на участках сечения, соответствующих минимумам распределения ее интенсивности (вдоль пунктирных линий на рис. 1.8,1.9). Такая маска, почти не снижая добротности нужной моды, повышает потери всех остальных с ее помощью в принципе можно добиться одномодовой генерации и при значительном усилении. [c.216]

Началом генерации является спонтанное излучение ионов с ме-тастабильного уровня, которое усиливается, проходя активную среду, и затем с помощью зеркал вновь в нее возвращается, снова усиливается и т. д. Если усиление света превосходит его суммарное ослабление за счет поглощения в среде и потерь на частичное пропускание выходного зеркала, то возникает генерация и лазер начинает излучать наружу свет. Очевидно, что мощность излучаемого света тем выше, чем выше мощность света накачки и чем меньше потери света внутри резонатора. Существует так называемая пороговая мощность накачки, при которой усиление света сравнивается с суммарными потерями, и при малейшем увеличении этой мощности может возникнуть генерация. Необходимо напомнить, что для того, чтобы усиление света всегда превосходило потери, нижний рабочий уровень 2 должен быстро опустошаться, т. е. его время жизни должно быть гораздо меньше, чем время жизни ме-тастабильного уровня. В противном случае начнется накопление ионов неодима на уровне 2 и возрастет поглощение света с этого уровня наверх. Кроме того, время жизни ионов на уровнях накачки также должно быть малым. В противном случае ионы начнут накапливаться на уровнях накачки и инверсия населенности среды (а значит, и коэффициент усиления света) —начнет падать. [c.7]

В проведенном рассмотрении предполагали, что частота света совпадает с центром линии усиления (или поглощения), где эти процессы максимальны и введенное сечение а относится именно к центру линии. В реальных ситуациях частота света может не совпадать с центром линии. В этом случае сечение перехода и соответственно коэффициенты усиления (или поглощения) будут меньше на значение, определяемое формой линии (1.3). Сечения основных лазерных переходов а активной среды АИГ-Nd достаточно хорошо изучены и изложены в [22, 27—29]. В табл. 1.3 и на рис. 1.11 приведены основные (самые сильные) линии генерации лазеров на АИГ-Nd, сечения переходов а и коэффициенты ветвле-ьия люминесценции Величина показывает относительную [c.24]

Работа акустооптического затвора в резонаторе лазера основана на дифракции лазерного луча на ультразвуковой волне, возбуждаемой в фотоупругой среде. Вследствие дифракции часть света, прош е дшего через затвор, отклоняется от первоначального положения и не принимает участия в генерации. Другими словами, в резонатор вносятся дополнительные потери. В случае, когда коэффициент суммарных потерь 1преобладает над коэффициентом усиления, генерация прекращается. В отсутствие генерации под действием непрерывной накачки происходит возрастание инверсной населенности. После быстрого переключения затвора в состояние с малыми Потерями начинается развитие генерации, и запасенная энергия излучается в виде гигантского импульса. [c.96]

Частотное разделение между временными модами, которые существуют в резонаторе, дается выражением AF= l2L, где с — скорость света, а L — эффективная длина резонатора. Поскольку ширина полосы частот усиления активной среды определяет диапазон частот, в котором может происходить генерация лазера, число временных мод и расстояние между ними в пространстве частот зависят от длины резонатора и ширины полосы частот усиления лазера. Если AF — ширина полосы отдельной временной моды, то длина когерентности этой моды равна L = lIS.F. Обычно hF имеет порядок Ю Гц. Следовательно, оказывается порядка километра. Когда лазер генерирует более чем одну временную моду, длина когерентности уменьшается. Кольер и др. [41 дали достаточное математическое обоснование соотношения между числом временных мод и функцией когерентности. [c.288]

Возникновение генерации в замкнутом резонаторе, как и в обычных лазерах, использующих усиление, связанное с вынужденным излучением, приводит к стабилизации однопроходового усиления на уровне, требуемом для компенсации всех потерь. В фоторефрактивных материалах коэффициент усиления Г не зависит ни от интенсивности света в кристалле (в приближении сильной фотопроводимости), ни от отношения интенсивностей взаимодействующих пучков (гл. 2). Однако введенная таким образом величина Г совпадает с коэффициентом экспоненциального усиления только в приближении слабого отгнала, т.е. для лазеров вблизи порога генерации, где еще можно пользоваться приближением заданного поля волн накачки. [c.41]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...