Оптические неоднородности активных элементов АИГ

Важной характеристикой активных элементов лазеров является их оптическая однородность. При низкой оптической однородности элементов, например при наличии свилей, генерируемый лазерный пучок рассеивается в них, теряет за счет этого выходную мощность и ухудшает поперечное распределение интенсивности. Другим примером неоднородностей является двулучепреломление в активном элементе, в том числе и неравномерное по сечению элемента К При такой неоднородности, кроме рассеяния пучка, наблюдается и нарушение его поляризации — она становится неодинаковой в разных частях пучка. Поэтому изучение природы возможных источников оптической неоднородности активных элементов АИГ-Nd, разработка методов их уменьшения и подавления их влияния на характеристики лазерного пучка являются важной практической задачей. [c.34]

В реальных условиях величина расходимости излучения технологических лазеров может существенно превышать величину d из-за оптической неоднородности активной среды, несовершенства оптических элементов резонатора и их механических вибраций, приводящих к колебаниям оси резонатора в пространстве. [c.68]

Возможно более высокая теплопроводность активированного диэлектрика, необходимая, чтобы избежать его перегрева во время работы ОКГ технологическая возможность получения требуемой формы активных элементов. Активированный диэлектрик должен быть оптически весьма однородным с тем, чтобы рассеяние на неоднородностях было незначительным. [c.219]

Дефекты активных элементов могут носить различный характер. Во-первых, это неоднородные включения (твердые частицы, газовые пузырьки),. попадающие в кристалл в процессе его выращивания J24, 25]. Во-вторых, различные химические примеси в матрице кристалла, появляющиеся как на этапе приготовления исходных химических компонент кристалла (шихты), так и в процессе выращивания кристалла. Наиболее распространенной химической примесью является железо, дающее дополнительное поглощение света в кристалле. Существенными оптическими дефектами кристаллов являются неоднородности коэффициента преломления и наличие двулучепреломления в них (также чаще всего неоднородного). Подобный вид искажений может быть заметно уменьшен за счет улучшения технологии процессов. Что же касается термооптических искажений кристаллической решетки, возникающих под действием нагрева источником накачки лазера, то уменьшить их сложнее, поскольку источник принципиально не может быть устранен (стремятся лишь уменьшить его влияние). [c.34]

Исследования влияния термооптических искажений на характеристики лазерного излучения развивались в общем русле работ, направленных на совершенствование лазерных оптических резонаторов как устройств преобразования запасаемой в активном элементе энергии в излучение с заданными характеристиками, и в значительной мере стимулировали эти работы практически неизбежное наличие термооптических искажений в резонаторе едва ли не в большей степени, чем другие источники аберраций, приводит к значительному ухудшению лазерных характеристик. Специфичное для термооптических искажений пространственно неоднородное двулучепреломление приводит к ряду своеобразных эффектов в лазерном излучении (самопроизвольной поляризации лазерного излучения [37, 91], резкому ухудшению контраста электрооптических затворов [138, 154] и т.п.). Устранение влияния неоднородной оптической анизотропии на характеристики излучения представляет значительные трудности не только в резонаторах устойчивой конфигурации [52, 60, 88, 92], но и при использовании неустойчивых резонаторов, которые значительно менее чувствительны по сравнению с прочими типами резонаторов к аберрациям, и при компенсации аберраций весьма мощными и перспективными методами обращения волнового фронта при нелинейных вынужденных рассеяниях [21,41,96]. [c.7]

Неоднородное температурное поле в активном элементе и соответствующие поля механических напряжений и деформаций приводят к изменению показателя преломления активной среды от точки к точке в объеме элемента и к изменению его формы. А эти факторы ведут к изменению оптической длины пути [c.29]

Таким образом, из выражений (1.10) и (1.12) следует, что оптическая анизотропия материала зависит от температуры. А так как в общем случае температура, напряжения и деформации меняются от точки к точке, то и анизотропия в объеме активного элемента будет неоднородной. Это приводит к возникновению различных искажений оптического пути ALi для различных поляризаций, обозначенных индексом i. [c.34]

Наведенное двулучепреломление в средах с большой собственной анизотропией. Для активных элементов, изготовленных из кристаллических сред, может реализоваться случай, когда термически наведенное двулучепреломление проявляется не в виде пространственно неоднородной оптической анизотропии, а в виде аберраций термических линз. Это наблюдается в том случае, когда кристалл обладает большой величиной собственной оптической анизотропии и ось активного элемента не совпадает с оптическими осями кристалла. При этом к однородному по поперечному сечению двулучепреломлению, обусловленному собственной анизотропией материала, прибавляется лишь малая добавка за счет фотоупругости, приводящая к пренебрежимо малому изменению ориентации эллипсоида показателей преломления. [c.50]

Из предыдущих разделов следует, что термически деформированный активный элемент представляет собой довольно сложную структуру — протяженный объем среды с неоднородным показателем преломления и оптической анизотропией, направления главных осей и величина двулучепреломления которой изменяются в пространстве и во времени. [c.64]

Более широкое распространение получил метод оптического контроля в связи с созданием оптического квантового генератора (ОКГ). С его помощью можно производить контроль геометрических размеров изделий со сложной конфигурацией, несплошностей, неоднородностей, деформаций, вибраций, внутренних напряжений прозрачных объектов, концентраций, чистоты газов и жидкостей, толщины пленочных покрытий, шероховатости поверхности изделий. Первым ОКГ был рубиновый генератор, активным элементом которого являлся цилиндрический стержень из кристалла рубина с внедренными в его решетку ионами хрома. Возбуждение активных частиц в ОКГ осуществлялось воздействием на активный элемент светового излучения высокой интенсивности с помощью газоразрядных ламп-вспышек и ламп непрерывного горения серийного производства (оптическая накачка). Управление излучением частиц (создание обратной связи) производилось с помощью зеркал, одно из которых полупрозрачно на длине волны генерации. В резонаторе (системе из двух зеркал и помещенного между ними активного элемента) устанавливаются стоячие волны. Типы колебаний (или моды) отличаются друг от друга. [c.540]

При прохождении излучения через активную среду в твердотельных и полупроводниковых лазерах часть излучения рассеивается на оптических неоднородностях. Эти потери являются распределенными и нарастают с увеличением длины активного элемента. Конструкция лазера может включать в себя дополнительные модуляторы, дефлекторы, дисперсионные элементы, вводимые в резонатор. Введение дополнительных элементов в резонатор, естественно, приводит к увеличению потерь. [c.20]

Активный элемент с квадратичной поперечной неоднородностью можно рассматривать как некую идеальную оптическую систему. Найдем положение главных плоскостей (гн1 и 2 2) и фокусное расстояние I такой оптической системы (см. приложение А) [c.136]

Степень поперечной оптической неоднородности среды удобно оценивать по фокусирующему действию активного элемента на проходящий параллельный пучок. Для этого можно измерить известными методами фокусное расстояние Величину / или относительную оптическую силу Ц)=11 мы в дальнейшем используем как практически удобные и наглядные характеристики неоднородности среды, заполняющей резонатор. [c.136]

L — полная длина резонатора I — длина активного элемента Ях — радиус кривизны -й отражающей поверхности и — расстояние от /-Г0 зеркала до ближайшей грани активного элемента f — фокальное расстояние активного элемента как мера его оптической неоднородности По — показатель преломления активной среды по оси. [c.137]

При этом следует иметь в виду, что параметрические гене- раторы света как источники перестраиваемого излучения в видимом и ближнем ИК-диапазоне (до 1,0—1,2 мкм) испытали за тот же период времени сильную конкуренцию со стороны непрерывных и импульсных лазеров на растворах органических красителей. Как известно, такие лазеры обладают большим усилением, позволяющим широко применять внутри резонатора лазера селектирующие и дисперсионные элементы, сужающие и стабилизирующие спектр генерации без заметного снижения мощности. Другое достоинство таких лазеров — то, что их активная среда является в высокой степени однородной и практически не подверженной характерным для нелинейных кристаллов, используемых в ПГС, повреждениям — таким, как оптический пробой (особенно в поверхностном слое), оптически наведенные неоднородности показателя преломления и др. [c.251]

Резонаторы лазеров на АИГ-Nd не имеют аксиальной симметрии своих оптических характеристик (таких как "коэффициенты преломления и двулучепреломления, потери и т. п.). Это обусловлено. прежде всего оптическими неоднородностями активной среды (см. 1.5), а также использованием в ряде случаев анизо-тройных внутрирезонаторных элементов. По этой причине в лазерах на АИГ-Nd практически всегда возбуждаются поперечные моды с прямоугольной симметрией, характерные для аксиально несимметричных резонаторов. По аналогии с нулевой модой моды высших порядков обозначаются TEMwn, где индексы т, п показывают порядок моды и позволяют определить число пятен в моде вдоль сторон условного внешнего прямоугольного контура по одной стороне это число равно (т + 1), по другой (/г+1). [c.72]

Новые возможности nonjnieHHH когерентного излучения с заданными характеристиками, прежде всего пространственно-угловыми, открыло объединение лазера накачки и лазера на четырехволновом смешении в единую функциональную систему с обратной связью - гибридный лазер. Первоначально казалось, что фактически единственным реальным результатом использования в лазерах элементов на смешении волн будет зф-фективная генерация пучков с дифракционной расходимостью на оптически неоднородных активных средах [1]. Однако с течением времени становится все яснее, что возникающие при этом эффекты значительно разнообразнее, а зачастую и неожиданнее, например самосвипирование частоты генерации непрерывного гибридного лазера на красителях на десятки нанометров. [c.190]

Огромная популярность ОВФ связана с тем, что эквифазные поверхности такой пары волн оказываются совпадающими не только вблизи узла, осушествляющего эту операцию, но и на любом удалении от него, даже когда среда, в которой они распространяются, является оптически неоднородной. Это позволяет компенсировать фазовые искажегая в лазерных средах принцип компенсации поясняется рис. 4.20. Опорная световая волна 1 с плоской (или иной требуемой) формой фронта подается в активный элемент 2 и проходит через него, усиливаясь и одновременно приобретая фазовые искажения. В узле ОВФ 3 она преобразуется в обращенну ю волну 4, которая, пройдя через тот же элемент в обратном направлении, приобретает требуемую (в данном случае плоскую) форму фронта [9]. Если в качестве опорного пучка использовать, скажем, свет, рассеянный каким-либо объектом, то усиленная обращенная Волна попадет на тот же объект, причем оказываются скомпенсированными фазовые искажения не только в лазерной среде и системе формирования, но и в атмосфере (если, конечно, за время прохождения светом расстояния до узла ОВФ и обратно неоднородности не успевают измениться). [c.250]

Влияние температурных изменений на работу лазера осуществляется через два основных механизма. Первый из них состоит в возникновении в оптических элементах лазерного резонатора термоволновых аберраций — искажений волнового фронта проходящего через элемент излучения. Эти аберрации возникают из-за неоднородного нагрева различных участков данного элемента (см. пп. 1.1, 1.3 и 1.4). Наиболее сильным термооптическим искажениям среди элементов лазерного резонатора подвержен активный элемент именно в нем происходит значительное тепловыделение при преобразовании поглощаемого ионами активатора излучения ламп накачки в лазерное излучение (тепловыделение в лазерном излучателе рассматривается в пп. 1.1 [c.5]

Отметим, что искажения оптического пути в активных элементах при оптической накачке могут происходить не только в результате нагрева. При существенном изменении соотношения между концентрациями возбужденных и невозбужденных ионов активатора показатель преломления может изменяться вследствие различной конфигурации электронных оболочек ионов в этих состояниях. Эффект особенно сильно проявляется в трехуровневых средах (например, в рубине), где для достижения усиления необходимо перевести в возбужденное состояние не менее половины всех ионов активатора. В таких средах неоднородность инверсии, связанная либо с неоднородностью накачки, либо с локальным сбросом инверсной населенности за счет развивающейся генерации, может вызвать динамическую неоднородность показателя преломления. Она бывает настолько сильной, что приводит к так называемой самомодуляции добротности. В четырехуровневых средах инверсная населенность, как правило, составляет величину не более 10—15 % от концентрации активатора и указанным изменением показателя преломления по сравнению с температурным можно пренебречь [исключение могут составлять так называемые атермальные стекла (см. п. 1.4), в которых температурное изменение показателя преломления скомпенсировано фотоупругостью]. [c.32]

Отметим, что характерный поперечный размер неоднородности, на котором искажение оптического пути становится порядка длины волны, значительно (в 10 — 10 раз) превосходит длину волны. Термооптические искажения приводят к плавным изменениям волнового фронта, соответствующим небольшим поворотам нормали к эквифазной поверхности, а не к эффектам типа рассеяния, и поэтому описание пространственной структуры излучения лазеров с термически деформированными активными элементами может быть выполнено либо в терминах деформации [c.64]

Недостатком этого метода является то, что компенсация неоднородного двулучепреломления происходит лишь при некоторой фиксированной мощности накачки, определяемой величиной замороженных при термообработке напряжений. Кроме того, в лазерах с термообработанными активными элементами может наблюдаться задержка начала генерации относительно момента включения накачки. Дело в том, что при значительной степени термоупрочения элементов (к чему обычно стремятся при такой термообработке) полученная при закалке линза является дефокусирующей и в начальный период времени лазер с плоскими (или слабосферическими) зеркалами не генерирует, т. е. эквивалентный резонатор неустойчив. Генерация возникает лишь спустя время, по истечении которого оптическая сила фокусирующей термической линзы превысит оптическую силу линзы, обусловленной структурной зависимостью показателя преломления (см. рис. 3.10,в). [c.137]

Оптимизация каустической поверхности в резонаторах с оптически неоднородными элементами. Наряду с различными способами компенсации и уменьшения оптической силы наведенных тепловых линз в элементах резонатора, в лазерной технике используется и другой прием согласование тепловой линзы с геометрическими параметрами резонатора, обеспечивающее, например, максимальное заполнение объема активной среды генерируемым излучением, уменьшение чувствительности каустики поля в резонаторе к изменениям оптической, силы линзы и т. п. Такой подход особо важен при проектировании лазеров с несколькими активными элементами, расположеннымя по оси резонатора. [c.154]

В том случае, когда в резонаторе (помимо активного элемента) находятся другие оптически неоднородные элементы, например элементы внутрирезонаторной модуляции или преобразования частоты, надлежащим подбором размеров сечений каустической поверхности в местах расположения элементов можно минимизировать влияние их неодородностей. Так, например, резонатор будет мало чувствителен к слабым нерегулярным внутрирезонаторным фазовым неоднородностям, если поперечный размер каустики основной моды в перетяжке в области расположения неоднородности значительно меньше ее поперечного размера [113]. [c.155]

Основными факторами влияния неоднородных температурных полей в активных элементах твердотельных лазеров на формирование полей излучения в резонаторе и на выходные характеристики лазера являются термоиндуцированные неоднородности показателя преломления и оптической анизотропии среды. Для исследования этих искажений применяются классические интерференционные и поляризационные методы и приборы, в которых используются параллельные пучки лучей. Пропускание измерительных пучков через активные элементы в направлении оси резонатора дает возможность измерять именно те искажения (интегральные вдоль геометрических путей лучей в активном элементе), которые непосредственно характеризуют влияние активного элемента на свойства резонатора. [c.173]

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]

НЕЙТРОННАЯ РАДИОГРАФИЯ — получение фотографич. изображений в результате воздействия иа фотослой излучений, наведенных в образце, подвергнутом облучению нейтронами. 11. р. применяется для исследования металлов, сплавов, минералов, для выявления наличия и размещения в них различных иримесей, а также для определения интенсивности в разных точках неоднородного нейтронного потока. Метод Н. р. основан на различии сечений захвата нейтронов ядрами различных элементов. В результате захвата нейтрона ядра становится активными. Если облученный нейтронами образец (приготовляемый обычно в виде тонкой пластины) совместить с фотопленкой, то в зависимости от степени активности элементов, входящих в образец, на проявленном снимке полу-,чаю1ся участки с различной степенью почернения (т. и. нейтронная фотография). Болео темные участки будут соответствовать участкам образца с ядрами, сильнее поглощающими нейтроны (см. рис. светлые участки соответствуют чистому, железу, темные — железу, отравленному бором). Для регистрации наведенного излучения применяют оптические нли рентгеновские пленки, а в нек-рых случаях (когда желательно уменьшить влияние у- и -излучений) — специальные ядерные эмульсии, регистрирующие а-пзлучение. [c.387]

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]

Здесь мы обсудим структуру конфигураций мод газоразрядных лазеров. Модовые картины от других, например, рубиновых лазеров обычно искажены вследствие неоднородностей показателя преломления, часто пp I yт твyющпx в активных телах этих лазеров. В газовых лазерах как правило, используются высококачественные оптические элементы, а их актиьное вещество является однородным что позволяет наблюдать неискаженную модовую структуру. Конфигурации мод приведены па рис. 4.6. Здесь же даны их обозначения. Подобные картины устанавливаются в случав плоских илп сферических зеркал и наблюдаются в плоскости, перпендикулярной оси лазерного луча. Это — поперечные электро- [c.116]

Все перечисленные устройства просты в исполнении и, следовательно, достаточно надежны. Их основными элементами являются тонкие металлические электроды, нанесенные на гладкую поверхность пьезоэлектриков и в некоторых случаях рассеиЕ ощие неоднородности типа канавок, вытравленных на той же рабочей поверхности кристалла. В соответствии с терминологией, принятой в электронике, такие устройства часто называют пассивными. К активным относятся устройства усиления ультразвуковых волн, в том числе и ПАВ, за счет передачи энергии дрейфующих электронов волне, различные устройства, использующие параметрическую накачку, генераторы и т. д. В особую группу объединяются устройства, принцип действия которых основан на нелинейном взаимодействии-Волн между собой или с электрическими, магнитными и механическими полями. Сюда относятся устройства свертки и корреляции, записи и считывания оптических и акустических изображений, различного вида датчики давления, электрического и магнитного полей, акустические модуляторы лазерных пучков ) и т. д. [c.306]

КгР-лазер с такой энергией близок по своим возможностям к лабораторному драйверу. В США и Японии имеются серьезные проработки проектов КгР-установки на энергию 0,5-1 МДж. Одним из серьезных достоинств КгР-лазера, накачка активной среды которого осуществляется электронным пучком, является высокий КПД. На лазере NIKE уже сегодня достигнут полный КПД, равный 1,5%, и физический КПД — 6%. По проекту полный КПД лазера будет 5%, а физический до 12-15%. Еще одним важным достижением является высокая степень однородности распределения интенсивности по поперечному сечению пучка. Без использования дополнительных оптических элементов, выравнивающих распределение интенсивности по пучку (таких как различного рода фазовые пластины и линзы), неоднородность распределения в отдельном пучке лазера NIKE не превосходит 2-3%. Для КгР-лазера, как газового лазера, допускающего циклическую смену активной среды, ясные перспективы имеет решение проблемы частотного режима работы установки. Наиболее сложной проблемой, с точки зрения требований, предъявляемых к реакторному драйверу, является проблема ресурса работы. Причина состоит в способе накачки активной среды лазера. Дело в том, что электронные пучки накачки, рассеиваясь при взаимодействии с активной средой, а также рентгеновское излучение, образующееся при этом взаимодействии, оказывают серьезное разрушающее воздействие на оптические элементы лазера. На сегодняшнем уровне технологии, имеющиеся материалы покрытия оптических элементов могут обеспечить ресурс работы КгР-лазера только в несколько сот выстрелов. [c.27]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...