Шумы лазера

Метод максимальных потерь дает среднее значение усиления за два прохода. Необходимо отметить, что располагать ослабители в том конце резонатора, через который не выводится излучение, не рекомендуется, поскольку приемник тогда должен будет выделять ослабленный сигнал на фоне шума лазера на длине волны 3,5 мк, усиленного соответственно полному показателю усиления за один проход. [c.242]

При больших усилениях (ni->0 или G->oo) из выражений (9.6) или (9.7) получаем предельную температуру шумов лазера [c.457]

При возбуждении лазера постоянным током с разрядом при холодной эмиссии в зависимости от силы разрядного тока, введения магнитного поля или емкостной нагрузки в цепь разрядной трубки превышение мощности выходных шумов в спектральном диапазоне от О до 300 кгц над фоном дробового шума фотоумножителя доходило до 40 дб [1], и эти шумы составляли до 20% полного выходного излучения лазера. В случае высокочастотного возбуждения всегда можно было добиться такого режима работы, когда выходные шумы лазера превышали дробовой шум фотоумножителя не более чем на 5%. Исследованный в оставшемся частотном интервале спектр выходных шумов лазера, не зависящих от возбуждения, нельзя было отличить от спектра дробового шума на выходе фотоумножителя, когда последний освещался белым светом. Степень хаотической [c.461]

Низкочастотные шумы выходного излучения гелий-неонового лазера коррелируют с шумами постоянного тока в разряде. Ге-лий-неоновый лазер с холодной эмиссией питался от источника постоянного тока с последовательным сопротивлением развязки 300 ком, включенным между источником питания и разрядной трубкой [2]. Шумы в световом пучке регистрировались кремниевым фотодиодом с постоянной времени, меньшей 1 мксек. Анализ корреляции сигналов фотодиода и разрядного тока показал, что шумы лазера можно объяснить токовыми шумами в разряде постоянного тока. [c.462]

Измерения распределения амплитуды шумов лазера, работающего в малошумящем режиме, показали, что спектр не является гауссовым, а обладает стационарной амплитудой с малой наложенной модуляцией. [c.462]

В дополнение к недостаточной строгости опубликованных теоретических работ, касающихся шумов, имеются ошибки в интерпретации ранних измерений ширины спектральной линии, когда выходные шумы лазера интерпретировались как избыточные шумы [33]. Более широкие эксперименты в общем показали, что некоторые из обнаруженных [59] узкополосных явлений связаны с плазменными шумами, а не с шумами, обусловленными взаимодействием волн. [c.486]

На рис. 5.7 б приведена модификация схемы, предусматривающая включение в резонатор МГК с длиной хода лучей 10... 100 м. Это позволяет легко устранить влияние пространственной неоднородности инверсной заселенности, квантовых шумов лазера и уменьшить паразитную селекцию. Такая конструкция резонатора обеспечивает получение квазинепрерывной генерации на активных элементах—рубине и стекле с неодимом длительностью 1000 и 300 мкс соответственно [24]. [c.128]

В аналоговых системах существенное значение имеют шумы трех типов шум детектора шум лазера, обусловленный отражениями, и модовый шум, возникающий в многомодовом ВС. [c.187]

Первоначальное поле, из которого формируется излучение лазера, создается спонтанным излучением возбужденных атомов активной среды. Это излучение на языке радиотехники представляет собой шум ОКГ. Лазер, как и любой генератор электромагнитных волн, можно рассматривать как усилитель с высоким коэффициентом усиления, который усиливает собственный шум . [c.281]

Внесение в резонатор усиливающей среды, которая частично или полностью компенсирует потери излучения при отражении от его зеркал, эквивалентно увеличению коэффициента отражения до некоторого эффективного значения / эфф ( < эфф 1)- Благодаря этому резонансная полоса сужается в (1—Я)/ 1— эфф) раз. Если считать, что при стационарной генерации лазера усиление в активной среде полностью компенсирует потери излучения при отражении от зеркал резонатора, то надо положить эфф=Г Это дает нулевую ширину резонансной полосы и соответственно нулевую спектральную ширину линии генерации лазера. В действительности, спонтанное излучение ( шум ) приводит к тому, что усиление в активной среде лазера оказывается меньше потерь в резонаторе . Недостаток усиления компенсируется непрерывным поступлением энергии со стороны спонтанного излучения. Вследствие этого. / эфф<1 и ширина линии генерации оказывается хотя и крайне малой, но вое же конечной величиной. Ее теоретическое значение составляет 10 Гц. В реальных случаях в силу ряда [c.281]

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]

Для абсолютных измерений мгновенной выходной мощности импульсного СОа-лазера может использоваться тонкопленочный ваттметр, представляющий собой световую ловушку в виде конуса, изготовленного из пирекса. На внутреннюю поверхность конуса нанесена узкая пленка платины в форме спирали [143], включенной в диагональ моста. Вход моста соединен с дифференциальным усилителем с целью подавления шумов, возникающих в цепи ваттметра. Выходной сигнал поступает па осциллограф и связан линейной зависимостью с падающей мощностью при длительности импульса излучения до 200 мкс и выходной энергией лазера до 100 Дж. [c.97]

В ряде практических ситуаций важно обнаружить и выделить из шумов полезный сигнал, являющийся некогерентным (например, при приеме многомодового излучения лазера, прошедшего турбулентную атмосферу при обнаружении ретранслированного и несущего информацию или отраженного от цели когерентного излучения оптически шероховатой отражающей поверхностью и т. д.). Поскольку некогерентный сигнал и шумовое поле имеют гауссовское распределение амплитуд и описываются гауссовскими весовыми функциями (плотность распределения вероятностей комплексной амплитуды), то и весовая функция, соответствующая суперпозиционному полю также является гауссовской. В частном случае при выделении некогерентного сигнала и медленно флуктуирующих шумов при близких частотах сигнала й шума и медленных флуктуациях сигнала распределение вероятностей потока фотоэлектронов характеризуется законом Бозе—Эйнштейна (10 а) 1 табл. 1.1). Однако в общем случае присутствие шумового поля вызывает изменение распределений при этом спектрально — корреляционные характеристики шумового поля, величина смещения центральной частоты шума относительно центральной частоты сигнала и время наблюдения Т существенно изменяют вид получающихся распределений. [c.48]

В отличие от методов кинетических уравнений, приведенных выше, при более строгом анализе работы лазера необходимо учитывать, что под действием электромагнитного поля внутри его резонатора атомы активной среды начинают осциллировать подобно микродиполям. Эти диполи создают макроскопическую поляризацию Р, численно равную электрическому моменту единицы объема активной среды. Макроскопический дипольный момент действует как источник излучения, т. е. возбуждает собственное электромагнитное поле, приводящее к изменению электромагнитного поля в резонаторе. Таким образом, в результате взаимодействия электромагнитного поля и среды внутри резонатора устанавливается самосогласованное электромагнитное поле. Самосогласованную теорию лазеров можно строить двумя методами 1) полуклассическим — взаимодействие электромагнитного поля со средой описывается уравнениями классической электродинамики 2) квантово-механическим — взаимодействие описывается квантово-механическими уравнениями (в этих методах среда описывается уравнениями квантовой механики). Первый метод является менее строгим, например, с его помощью нельзя учесть шумы лазера, статистические свойства света и рассмотреть эффекты спонтанного излучения, определяющие условия в начале генерации лазеров. Однако в целом ряде задач этот метод является основным для качественного и количественного анализа работы лазера. [c.22]

Адаптивный интерферометр для измерения малых механических вибраций, собранный по аналогичной схеме, был экспериментально исследован в [9.26]. В этой работе запись динамических голограмм в кристаллах SBN Се осуш,ествлялась с помош,ью гелий-кадмие-вого лазера (к = 442 нм) во внешнем постоянном электрическом поле Eq = 3.6 кВ-см- . При используемой мощ,ности световых пучков Ро = 20 мВт) характерная частота среза /о = (2ят8, ) 10 Гц. Экспериментально достигнутый минимальный уровень регистрируемых колебаний зеркала порядка 1 А в диапазоне частот 10 4--ьЮ Гц и полосе Af 10" / определялся главным образом собственными шумами лазера. Такая же величина чувствительности была получена и при использовании в качестве записываюш,ей среды кристаллов LiNbOg на длине волны к = 475 нм. [c.222]

Авюры [10, 111 расширили границы теории с третьего до пятого и более высоких порядков разложения ). В работе[12] теория Лэмба была применена к исследованию поведения газового лазера в режиме модуляции потерь резонатора, а также реакции лазера па введение небольших нпешних сигналов (обусловленных, нанример, спонтанным испусканием), в частности, для изучения синхронизации мод и внутреннего шума лазера. [c.227]

Ширина дыры в контуре усилеиия Шум лазера 302, 305, ЗЮ [c.407]

Шумы лазеров существенно возрастают, если выходное оптическое излучение частично отражается от неоднородностей линии передачи и инжектируется обратно в лазерный диод [42]. Спектральное распределение шума, обусловленного отражениями, имеет периодические максимумы интервалы между соседними максимумами f = n /l соответствуют резонансным частотам, где I — расстояние от переднего зеркала лазера до точки отражения п — целые числа. В динамическом режиме непосредственная модуляция приводит к росту шума, обусловленному отражениями на 10—20 дБ [42]. Указанный тип шума удается свести к минимуму с помощью элемента оптической развязки с коэффициентом развязки не менее 30 дБ меясду излучателем и ВС или путем использования скосов входных торцов ВС. [c.188]

Шумы являются основным свойством любого источника сигнала. Первые исследования шумов в гомолазерах с широким контактом были проделаны Армстронгом и Смитом [187—189], а в полосковых гомолазерах — Паоли и Риппером [190]. Было найдено, что основным источником флуктуаций выходной мощности в непрерывном режиме является квантовый дробовой шум [190]. Источником дробового шума лазера являются беспорядочные спонтанные или вынужденные переходы. Общее теоретическое описание квантовых флуктуаций в лазерах было дано Мак-Камбером [191]. Его расчеты предсказывали появление максимумов в спектре шумов на релаксационных (пичко-вых) частотах (резонансах), обсуждавшихся в предыдущей части этого параграфа. Подробные расчеты Хауга [192] для полупроводникового лазера показали, -что и здесь получается такая же общая форма спектра шумов. [c.298]

Применимость первых четырех эффектов (см. табл. 21) ограничена по меньшей мере из-за высокой пороговой чувствительности. Использование звукооптических эффектов ограничено сложностью применения лазеров и оптического оборудования, пятнистостью получаемого изображения и высокой пороговой чувствительностью. Последнее объясняется квантовым шумом считываюш,его ультразвуковую информацию электромагнитного поля, в данном случае — луча лазера [42]. Поэтому в настоящее время для считывания информации акустических изображений предпочтительнее использовать пьезопреобразователи. [c.265]

Существуют и другие применения сверхпроводимости, с которыми читатель может познакомиться в специальной литературе. Однако область применения низких температур в радиоэлектронике не исчерпывается-только-использованием явления сверхпроводимости. Более или менее глубокого-охлаждения требуют парамагнитные усилители, некоторые типы твердотельных и полупроводниковых лазеров (см. 12.5), полупроводниковые фотоприемники для ИК области спектра (см. 12.2) и ряд других приборов, которые-будут рассмотрены в последующих главах. Снижение рабочей температуры обычных элементов радиоустройств позволяет, как правило, резко снизить, шумы в них и, следовательно, увеличить обнаружительную способность приемных устройств. [c.208]

В видимой и ближней ИК-области спектра пороговая чувствительность фотонриёмников определяется квантовыми шумами, поэтому, как правило, применяется прямой метод приёма. В дальней ИК-области спектра (10,6 мкм) для повышения пороговой чувствительности приёмиков до чувствительности, ограниченной квантовыми шумами сигнала, применяют гетеродинный приём. В этом случае на фотоприёмник одновременно с принимаемым сигналом направляется излучение опорного лазера (гетеродина) в результате взаимодействия возникают колебания комбинац. частот, одна из К рых (как правило, это разность частот) фильтруется и усиливается. Этот метод приёма реализуется с СО -ла-зерами, обладающими высокой стабильностью частоты излучения. При малом отношении сигнал/шум преимуществам обладает гетеродинный метод приёма, однако более точный выбор метода приёма зависит от ряда факторов, связанных с практич. реализацией. [c.433]

Подавление шума, связанного с созданием инверсной населённости в лазере, достигается также применением мощной импульсной перподич. накачки, к-рая переводит все электроны на верх, уровень рабочего перехода. При этом также создаются необходимые предпосылки для генерации субпуассоновского света. [c.491]

Флуктуации и шумы в лазерах. Тепловые шумы оптич, резонатора и спонтанное излучение атомов (молекул) активной среды являются принципиально неустранимыми источниками шума в лазерах. Шумы приводят к естеств. флуктуациям амплитуды и фазы одночастотного н одномодового лазера, вследствие к-рых существуют предельные значения временных и пространственных статистич. характеристик лазерного излучения естеств. ширина частотного спектра, определяемая ф-лой Шавлова — Таунса ф-ла (8) в ст. Лазер] естеств, угл. расходимость, предельная пространственная когерентность. В режиме генерации нескольких несинхронпзованных (несвязанных) продольных и (или) поперечных мод статистика излучения существенно меняется она становится практически гауссовой. [c.664]

Вернемся к дифракционным объективам, для нормальной работы которых необходимо лазерное освеш ение. Лазеры являются высококогерентными источниками, поэтому при их использовании в осветителях возникает ряд проблем. Первая заключается в том, что когерентность излучения приводит к возникновению когерентного шума [58], о котором упоминали при обсуждении требований к фурье-объективам (см. п. 4.5). Природа его состоит в том, что рассеянный на поверхностях и оправе объектива свет попадает в плоскость изображения и интерферирует со светом, несуш им полезную информацию. Если система включает ДОЭ, то в плоскость изображения попадает также свет, дифрагированный в нерабочие порядки ДЛ. В результате возникает паразитная интерференционная картина, которая накладывается на изображение и искажает его. Простой расчет показывает, что даже такая ничтожная доля паразитного света, как 1 %, приводит к контрасту интерференционной картины, равному 20%, в дифракционных же системах доля паразитного света может достигать 60—70 %. [c.189]

Обратимся теперь к расчету ширины Av ген ВЫХОДНОГО СПбКТрЗ лазера, когда генерация в нем осуществляется лишь на указан-ной выше моде. Наименьшее значение ширины определяется шумами спонтанного излучения или, что одно и то же, нулевыми флуктуациями поля лазерной моды. Поскольку эти флуктуации можно учесть лишь с помощью полного квантовомеханического рассмотрения (см. раздел 2.4.2), мы не можем определить эту предельную ширину в рамках используемого нами приближения. Можно показать, что хотя случайным флуктуациям подвержены и амплитуда, н фаза поля нулевых колебаний, спектральное уширение выходного излучения обусловлено главным образом случайными флуктуациями фазы, в то время как очень небольшие флуктуации величины выходной мощности вызываются флуктуациями амплитуды поля нулевых колебаний. Это можно объяснить, обращаясь к тому факту, который рассматривался в начале данной главы, что количество фотонов в резонаторе лазера, а следовательно, и выходная мощность весьма нечувствительны к тому числу фотонов <7/, которые изначально имеются в резонаторе, чтобы вызвать процесс спонтанного излучения. [c.273]

Как известно, для излучения лазера, работаюшего на одном типе колебаний при амплятудной стабилизация, справедливо распределение Пуассоиа. Аддитивный шум, действующий в канале, зачастую также может быть описан пуассо-новским распределением. [c.99]

На рис. 3.56 кривые соответствуют реальному лазеру, т. е. Sr= 0, и естественная спонтанная эмиссия добавляется к когерентному излучению. При сравнении кривых по отношению сигнал/шум видно, что частота ошибок на рис. 3.56 снижается при одинаковых значениях s. Это объясняется тем, что составляющая естественной спонтанной радиации также модулируется вместе с когерентной составляющей. Из кривых также видно, что вероятность ошибки сильно зависит от абсолютного уровня сигнала и от отношения сигнал/шум, что исключено для случая классического обнаружения (например, при обнаружении синусоидального колебания в гауссовских шумах). В классических системах (не квантовых) вероятность ошибки зависит только от отношения сигнал/шум. При большом абсолютном уровне сигнала согласно физическому прин-128 [c.128]

Главным элементом в устройствах восстановления (визуализации) голограмм является источник света (рис. 3.7, б). Для восстановления голограмм Фурье или Френеля необходим точечный источник квазимонохроматического света. Существующие лазеры для этой цели использовать невыгодно из-за их чрезмерной мо-лохроматичности, с которой связано появление шума диффузности ва восстановленном изображении. Для сохранения четкости восстановленного изображения относительная полоса частот источника света должна определяться соотношением [c.62]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...