Селекция мод резонаторов

Даже когда лазер работает в режиме одной поперечной моды (т. е. при фиксированных m и /), он может все же генерировать несколько продольных мод (т. е. мод, отличающихся значением продольного индекса п). Частотное расстояние между этими модами равно Avn = /2L. В некоторых случаях для выделения одной продольной моды можно использовать короткие резонаторы, такие, что Av > Avo, где Avo—ширина контура усиления При этом если частота моды настроена на центр линии усиления, то частоты соседних продольных мод оказываются расположенными на достаточно большом расстоянии от центра линии усиления, так что (при не очень большом превышении накачки над пороговым значением) лазер на этих модах генерировать не может. Условие применимости данной схемы селекции мод можно записать в виде [c.258]

Если в лазере не предусмотрены какие-либо элементы для селекции аксиальных мод резонатора, то спектр выходного излучения будет содержать большое число дискретных частот, определяемых продольными модами. Ширина линии лазерного излучения ограничивает число мод, которые имеют коэффициент усиления, достаточный для генерации. Эта ситуация схематически представлена [c.280]

Зависимость коэффициента отражения идеального резонатора от длины волны представляет собой очень узкие пики, разделенные друг от друга большим расстоянием. Комбинируя различные методы селекции мод, такие, как добавление в резонатор многопластинчатого отражателя, использование режима работы вблизи порога генерации, применение модулятора добротности на насыщающемся поглотителе или модулятора добротности на ячейке Поккельса с очень медленным временем нарастания импульса, можно получить излучение рубинового лазера на одной аксиальной моде. [c.282]

Селекция мод значительно улучшается при работе вблизи порога генерации и применении модулятора добротности, который позволяет получить в резонаторе большое число полных проходов. [c.282]

Селекция продольных мод в лазере происходит в то время, когда световой импульс постепенно нарастает из шума. В течение времени формирования светового импульса моды, которые имеют более высокое усиление или меньшие потери, будут возрастать по амплитуде быстрее, чем другие моды. Это различие по амплитудам между двумя модами становится тем больше, чем больше число полных проходов в резонаторе. Следовательно, для хорошей селекции мод при данном различии в потерях между ними важно обеспечить как можно больше полных проходов света в резонаторе. [c.282]

Спектр частот и распределение поля мод оптического резонатора являются необычайно сложными. Чтобы получить достаточную когерентность излучения, необходимо ограничить число генерируемых продольных и поперечных мод. Существуют методы, с помощью которых проводится такая селекция мод. [c.134]

В отличие от лазеров на люминесцирующих центрах (рубин, неодимовое стекло), для которых характерен осциллирующий выход на стационарный режим, в лазерах на фоторефрактивных кристаллах при достаточно сильной селекции поперечных мод резонатора процесс развития генерации является плавным и гладким ). Условно процесс развития генерации можно разбить на два этапа. [c.39]

При длине резонатора 1 м и эффективном усилении, составляющем несколько процентов, длительность линейной фазы соответствует примерно 2000 проходам. За это время за счет селекции мод длительность импульсов возрастает примерно до 10 с. [c.229]

Интервал длин волн, в котором работает твердотельный многомодовый импульсный лазер, составляет примерно от 10 до 100 А, что зависит главным образом от относительного превышения порогового уровня накачки. Селекцию мод можно обеспечить путем селективного фильтрования, если внутри резонатора твердотельного лазера или снаружи (вместо выходного зеркала) поместить эталон. [c.402]

Селекция иод в лазерах осуществляется посредством изменения добротности резонатора для колеба ний, соответствующих различным модам. Это дает возможность регулировать число и характеристики под в излучении лазера и изменять частоту излучения, если селекция мод возможна в достаточно широком интервале частот. [c.324]

Сначала излагается теория связанных резонаторов и описываются методы селекции мод, основанные на этой теории. Приводятся характеристики наиболее распространенных частотных селекторов. Далее обсуждаются вопросы согласования поперечных мод отдельных резонаторов. В заключение даются физические основы теории сложного перестраиваемого резонатора, используемого в лазерах на красителях и в лазерах с другими активными средами, обладающими большим усилением. [c.169]

В заключение отметим положительные особенности неустойчивых резонаторов большой объем мод, удобство селекции мод, возможность работать на отражательной оптике (последнее весьма актуально в ИК- и УФ- диапазонах) и недостаток поперечное сечение выходного лазерного луча в традиционной схеме резонатора имеет форму кольца. [c.48]

Для обеспечения указанного режима генерации необходимо обеспечить ряд условий. Условия возбуждения большого числа мод и их эквидистантность обеспечиваются использованием резонаторов, в которых исключена паразитная селекция мод. В обычном лазерном резонаторе, в силу того что он представляет собой сложный интерферометр Фабри — Перо (рис. 19.9,а), имеет место селекция мод. Рис. 19.9,6 показывает модовый состав интерферометра с базой Учет дополнительных интерферометров с базами 2 4 и их взаимодействие между со- [c.189]

Существует несколько интерферометрических методов селекции мод. Все они основаны на принципе замены одного из зеркал дополнительным вторичным резонатором, область свободной дисперсии которого сравнима с шириной полосы генерации. Таким образом, такой дополнительный резонатор можно рассматривать как составное зеркало с переменной отражательной способностью. [c.558]

Довольно часто применяется и другая схема, а именно конфокальный резонатор, в котором центр одного из зеркал совмещен с фокусом другого зеркала. Плоскопараллельные зеркала часто предусматривают на концевых поверхностях самого лазерного стержня. В других вариантах одно или оба зеркала устанавливаются вне активной среды лазера. В таких устройствах в процессе работы лазера можно управлять селекцией мод. Как будет показано ниже, лазерная генерация может одновременно происходить [c.66]

Резонаторы, применяемые для селекции мод [c.80]

В статье [201 было предложено два метода селекции мод, первый из которых реализуется вне резонатора, второй — внутри него. [c.333]

Зеркала и 3 являются полностью отражающими, поэтому ширина резонансов определяется коэффициентом отражения зеркала 5з (напомним, что ширина резонансов в эталоне Фабри — Перо зависит от коэффициентов отражения зеркал). Характеристика отражения трехзеркального селективного отражателя приведена на рис. 11.27, Следует заметить, что по своей эффективности данный принцип селекции не уступает тому, па котором осно зан метод селекции мод посредством внешнего резонатора. [c.335]

Селекция продольных нод. Для разрежения (селекции) продольных мод, имеющих одинаковое поперечное распределение поля, но отличающихся частотой, используются резонаторы, содержащие дисперсионные элементы (призмы, дифракц. решётки, интерферометры и ДР-). В частности, в качестве дисперсионного элемента применяют дополнит. О. р., связанные с основным и образующие т. н. эквивалентное зеркало, коэф. отраженна к-рого р зависит от частоты V. Для удаления из спектра одной из продольных мод наиб, пригоден линейный трёхзеркальный О. р. (рис. 6,а), для выде ления в спектре одной продольной моды — резонатор Фокса — Смита (рис. 6,6) и Т-образный (рис. 6,в). В нек-рых случаях удобен О. р. Майкельсона (рис. 6,г). [c.456]

Р. а. применяют в лазерных гироскопах для подавления одной из встречных волн для прецизионного измерения анизотропии оптич. элементов, для чего исследуемый элемент помещают в резонатор и по характеру собств. состояний поляризации резонатора судят об анизотропных свойствах элемента для управления энергетнч., поляризац. и частотными параметрами выходного излучения. В часгности, в Р. а. возможно осуществить селекцию продольных мод резонатора (см. Селекция мод). Для этого в линейный резонатор помещают поляризатор и двулучепреломляющую пластинку, гл. осп к-рой повёрнуты относительно осей поляризатора на угол ф. Модули собств, значений матрицы Джонса обхода такого резонатора равны [c.318]

СЕЛЕКЦИЯ МОД — прореженне спектра мод (собств, колебаний и волн) в системах с большим числом степеней свободы. Примером С. м. может служить удаление боковой стенки у эп.-магн. резонатора циииндрич. конфигурации (рис. 1). Эта операция вносит большие [c.484]

Для пояснения данной ситуации обратимся к примеру. Рассмотрим вновь случай, когда L = 90 см, Avo = 190 ГГц, Пг= 1,5 и f = 30. Для выполнения условия дискриминации соседних мод резонатора в соответствии с (5.51) выберем U = 1 см. Согласно же условию (5.55) положим L2 =/-i/2f = 0,17 мм. Тогда область дисперсии второго эталона равна Av" = o/2tt L2=600rrn, так что условие (5.56) выполняется и происходит селекция одной продольной моды. В более общем виде условие генерации в режиме одной продольной моды с двумя эталонами записывается следующим образом [c.262]

Необхадимо отметить, что раопределбйие напряженности электрического ло-ля излучения в нулевой моде, >как и во всех остальных, отличается от распределения интенсивности. Интенсивность отсюда выражение для функции поля (r) = o " V 2oo, т. е. поле имеет также колоколообразное, но более пологое. распределение. На радиусе пуч ка Шоо поле падает в е 2,7 раза. На практике, например, для селекции поперечных мод резонатора необходимо знать не только распределение интенсивности или поля в пучке, но и долю полной мощности пучка, содержащейся в той или иной его части. Применительно к нулевой моде на основании выражения (3.1) легко вычислить, что в круге с некоторым радиусом г, центр которого совпадает с центром пучка, содержится мощность дизлучения Р(г), равная [c.71]

Рис. 2. Схематическое представление спектрального распределения мощности выходного излучения лазера без селекции мод. а — в оптическом резонаторе б — в излучении флуоресценции активной среды в — в выходном излучении лазера ДА,р — ширина спектра флуоресценции ДХи — ширина спектра излучения лезера.

Синхронизация мод лазера на АИГ Nd исследовалась Куи-зенгой и Сигманом, экспериментально подтвердившими многие выводы теории, данной в разд. 4.2 [4.6]. Для синхронизации мод лазера на АИГ Nd ими использовался электрооптический фазовый модулятор на кристалле LiNbOs с частотой модуляции 264 МГц. Ширина спектра излучения Av определялась с помощью интерферометра Фабри—Перо. Для измерения длительности импульсов Xl использовался быстродействующий фотодиод. Длительность более коротких импульсов определялась корреляционным методом на основе измерения второй гармоники (см. гл. 3). В зависимости от глубины модуляции Ьрм наблюдались импульсы длительностью от 40 до 200 пс при средней выходной мощности 300 мВт. Без принятия дополнительных мер кристалл модулятора выполнял роль эталона Фабри— Перо, ограничивавшего ширину спектра излучения лазера. Для сокращения длительности импульсов необходимо исключить селекцию мод модулятором, устранив мешающие отражения (для этого можно, например, скосить входные окна модулятора под углом Брюстера к оптической оси резонатора). Можно также наклонить модулятор на достаточно большой угол, устранив таким образом перекрытие падающего и отраженного пучков. Измерялась зависимость ширины спектра излучения и длительности импульсов от коэффициента глубины модуляции 8рм. Результаты измерений представлены на рис. 4.6. Проведенные через экспериментальные точки прямые подтверждают предска-10 [c.147]

Несмотря на это, в лазере из-за большой ширины линии лазерного перехода возбуждается очень большое число продольных мод, которые независимо усиливаются. Взаимодействие различных мод со стохастическим распределением фаз описывается стохастическим гауссовым процессом. Абсолютное число флук-туационных выбросов равно сначала по порядку величины числу мод резонатора, из которых, однако, лишь небольшое число су-ш,ественно превышает средний уровень интенсивности. Вследствие большего усиления мод, расположенных в центре линии лазерного перехода, спектр излучения в течение линейной фазы сужается, так как боковые моды у края линии перехода усиливаются в недостаточной степени (естественная селекция мод). Во временном представлении это соответствует сглаживанию и расширению флуктуационных выбросов амплитуды. Так, например, стекло с неодимом обладает линией шириной Av2i = [c.229]

Сам по себе лазерный открытый резонатор является средством разрежения спектра по сравнению, например, со спектром равновеликого объемного резонатора. Однако поскольку полоса усиления активных сред, как правило, довольно велика, в эту полосу обычно попадает большое число мод лазерного резонатора, в частности продольных. Поэтому применяются некоторые средства дополнительного разрежения спектра лазерных резонаторов. Такое дополнительное разрежение спектра получило пазвапие селекции мод. Все методы селекции мод основаны на увеличении потерь одних мод по сравнению с другими, рабочими. Селекция продольных мод, отличаюгцихся частотой, требует применения узкополосных дисперсионных элементов. [c.175]

Если возможности укорочения резонатора исчерпаны, то можно прибегнуть к дополнительным внешним зеркалам, т. е. к разрежению спектра с помогцью системы связанных резонаторов. Само по себе добавление дополнительных резонаторов не приводит к разрежению спектра. Наоборот, спектр становится гугце, так как к резонансам основного резонатора добавляются резонансы дополнительных резонаторов. Разрежение спектра или селекция мод возникает, когда имеются потери на внешних зеркалах, через которые излучение частично выводится из резонатора. В этом случае дополнительные резонаторы играют роль устройств, согласуюгцих большую часть мод основного резонатора со свободным пространством, так что их потери сугцественно возрастают лишь некоторые моды основного резонатора остаются высокодобротными. Моды дополнительных резонаторов в той части резонатора, где находится активная среда, имеют малую амплитуду и, как правило, низкодобротны, так что фактически они не возбуждаются. [c.176]

Устойчивые резонаторы. Без использования методов селекции мод генерация в устойчивых резонаторах, как правило, происходит в многомодовом режиме, и вследствие этого угловая расходимость генерируемого излучения значительно (в десятки раз) превышает дифракционный предел. Преимущественная генерация мод высокого порядка в устойчивых резонаторах с большим числом Френеля обусловлена не только малостью разности потерь между нулевой модой и модами высокого порядка, но и различием объемов, занимае.мых этими модами в активной среде. При отсутствии в ре- юиаторе ограничивающих диафрагм моды высокого порядка занимают весь объем активного элемента объем нулевой моды с гауссовым распределением поля характеризуется радиусом а, описываемым выражением [c.139]

Рис. 7.41. Селекция мод в лазере на красителе, а — схематическое представление резонатора с решеткой и эталоном 1 — решетка в схеме Литтроу 2 — эталон 3 — телескоп (расширитель пучка) 4 — ячейка с красителем 5 — пучок от эксимерного или N2-лазера. б — кривые, иллюстрирующие преселекцию мод решеткой и их селекцию с помощью эталона.

Шавлов и Таунс предложили распространить принцип действия мазера на оптическую область, используя оптические переходы между электронными уровнями атомов. При попытках реализовать принцип действия лазера возникают новые по сравнению с мазером фундаментальные проблемы. Это связано в первую очередь с тем, что длина волны света мала по сравнению с любыми приемлемыми размерами резонатора. Таким образом, в общем случае интервал между частотами различных мод становится очень малым, а потому в частотную полосу атомного перехода попадает большое число мод (рис. 1.4). Следовательно, приходится осуществлять выделение нужной моды. Одна из возможностей такого выделения заключается в том, что убирают боковые стенки резонатора и используют просто два зеркала, расположенных параллельно друг другу на его концах. При этом образуется интерферометр Фабри— Перо, что было предложено Шавловом, Таунсом, Прохоровым и Дике. Селекция мод осуществляется двояко (рис. 1.5 и 1.6). Прежде чем начнется процесс генерации лазерного излучения, возбужденные атомы спонтанно испускают свет во всех возможных направлениях. Благодаря указанному расположению зеркал в резонаторе будут существовать достаточно долго (для э екта вынужденного испускания) только те световые волны, которые распространяются в направлении, близком к оси лазера. Другие же моды не будут усиливаться. Такой механизм особенно эффективен, поскольку за счет вынужденного испускания усиливаются волны, которые имеют одни и те же направление, длину волны и поляризацию. Таким образом, интерферометр Фабри—Перо осуществляет сильную дискриминацию мод по их временам жизни в резонаторе. Далее, при указанном расположении зеркал может поддерживаться возбуждение только тех аксиальных мод, для которых выполняется условие [c.26]

В принципе световое и вообще электромагнитное поле содержит все возможные длины волн, направления распространения и на правления поляризации. Но главное назначение лазера как прибора состоит в генерации света с определенными характеристиками. Первый этап селекции, а именно по частоте, достигается выбором лазерного материала. Частота V испускаемого света определяется формулой Бора Ну = и нач — конечн и фиксируется выбором уровней энергии активной среды. Разумеется, линии оптических переходов не являются резкими, а по различным причинам уширены. Причиной уширения могут быть конечные времена жизни уровней вследствие излучательных переходов или столкновений, неоднородность кристаллических полей и т. д. Для дальнейшей селекции частот используются оптические резонаторы. В простейшем СВЧ-резонаторе, стенки которого имеют бесконечно высокую проводимость, могут существовать стоячие волны с дискретными частотами. Эти волны являются собственными модами резонатора. Когда ученые пытались распространить принцип мазера на оптическую область спектра, было не ясно, будут ли вообще моды у резонатора, образованного двумя зеркалами и не имеющего боковых стенок (рис. 3.1). Вследствие дифракции и потерь на пропускание в зеркалах в таком открытом резонаторе не может длительно существовать стационарное поле. Оказалось, однако, что представление о типах колебаний (модах) с успехом может быть применено и к открытому резонатору. Первое доказательство было дано с помощью компьютерных вычислений. Фокс и Ли рассмотрели систему двух плоских параллельных зеркал и задали начальное распределение поля на одном из зеркал. Затем они исследовали распространение излучения и его отражение. После первых шагов начальное световое поле рассеивалось и его амплитуда уменьшалась. Однако после, скажем, 50 двойных проходов мода поля приобретала некую окончательную форму и ее амплитуда понижалась в одно и тоже число раз при каждом отражении (с постоянным коэффициентом отражения. Стало ясно, как обобщить понятие моды на случай открытого резонатора. Это такая конфигурация поля, которая не изменяется [c.64]

В книге, служащей вводным курсом основ лазерной физики, подробно изложены вопросы теории взаимодействия излучения с веществом, элементы теории резонаторов и волновых пучков. Обстоятельно освещены физические принципы, лежащие в основе работы газовых лазеров, в частности, излагается теория Лэмба. Дано описание понятии когерентности и медовой струк-1уры излучения, обсуждаются способы селекции мод в квантовых генераторах. Весь необходимый дополнительный материал для изучеи) Я курса приведен в приложениях. [c.2]

Селекция мод с помощью круглой диафрагмы. Экран с круглыл отверстием, диаметр которого равен диаметру луча моды ТЕМоо, подавляет моды более высокого порядка, внося в то же время очень малые потери в основную моду. Такую диафрагму можно расположить как внутри, так и вне резонатора. Находясь внутри резонатора, она помогает ослабить эффекты, вызванные конкуренцией мод вне резонатора ее можно устаповить в фокусе лиизы, через которую пропущен луч (такая система используется для очистки луча в голографии или шлирен-фотографии). [c.332]

В [19] проведено теоретическое исследование селекции мод отверстиел , ограничивающим концентрический открытый резонатор, не содержащий активного вещества (в отсутствие усиления). Автор решал интегральные уравнения методом итераций. [c.333]

Внутренняя селекция мод [201, В [20] описан весьма остроумный способ внутренней селекции мод, В используемой схеме одно из зеркал лазерного резонатора заменяется тремя зеркалами 5а, 5з, 5 , как показано на рис. 11.26, Эти три зеркала вместе образуют вторичный резонатор, являющийся перестраиваемым, С точки зрения резонатора лазера такое устройство ведет -себя подобно одному зеркалу, коэффициент отражения которого па данной частоте можно плавно менять. Вторичный резонатор настраивают на отражение той моды, которую желательпо получить в основном резонаторе лазера. [c.335]

Отметим еще одно важное отличие открытого резонатора от объемного. Дело в том, что сохранение только торцевых отражающих стенок в сочетании с малостью длины волны, обусловливающей уменьшение дифракционных эффектов, приводит к существенному различию потерь-для разных мод. Это обстоятельство позволяет, во-перзых, осуществлять дополнительное разрежение (селекцию) мод вплоть до получения одномодоюго режима, а во-вторых, обеспечить весьма высокую добротность для некоторых мод или даже для одной моды. [c.112]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...