Сложные лазерные резонаторы

СЛОЖНЫЕ ЛАЗЕРНЫЕ РЕЗОНАТОРЫ [c.169]

Гл. 3. Сложные лазерные резонаторы [c.170]

Временная и пространственная когерентность лазерного источника, используемого для записи голограммы и восстановления с нее изображения, определяет не только свойства полученной голограммы, но также то, насколько сложной будет конфигурация оптической системы, применяемой для записи голограммы. Временная когерентность связана с конечной шириной полосы частот излучения источника, а пространственная когерентность — с его конечной протяженностью в пространстве. В газовом лазере временная когерентность определяется временными (или продольными) и пространственными (или поперечными) модами лазерного резонатора. Самая высокая степень как пространственной, так и временной когерентности получается в режиме одномодовой генерации. В 2.3 приведены точные математические определения временной и пространственной когерентности источников света и их влияние на процессы записи голограмм и восстановления с них изображения. [c.287]

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]

Мы показали, что комплексные амплитуды парциальных волн, претерпевших дифракцию на решетке, очень сложным образом зависят от поляризации падающего излучения, угла падения, длины волны и профиля штриха. Если дифракционная решетка применяется в спектрометрах и лазерных резонаторах только для селекции линий или же частотной настройки (см. разд. 7.20), то интерес здесь представляют лишь затухающие волны. В других случаях, встречающихся довольно редко, необходимо знать поле вблизи штрихов. Хотя первый случай и кажется более простым, поскольку для вычисления эффективности [c.450]

Управление параметрами лазерного излучения осуществляется различными методами реализация некоторых из них превращается в сложную техническую задачу. Приборы управления могут устанавливаться внутри резонатора лазера или вне его. В некоторых случаях они связаны с лазером и вместе с ним составляют как бы единый прибор, а иногда выполняются в виде отдельных блоков, которые легко сопрягаются с лазером. Если прибор управления находится внутри резонатора, то он участвует в процессе формирования лазерного луча, воздействуя на него таким образом, чтобы на выходе из резонатора лазерный луч имел необходимые параметры излучения. [c.69]

Более подробный анализ с изложением ряда тонкостей, связанных с использованием более сложных моделей среды, учетом поглощения излучения в зеркалах и переходом от двух- к трехмерному резонатору из сферических зеркал, изложен в [67] ив [16], 4.2. Преследовавшуюся же ныне цель — пояснить механизм взаимосвязи между параметрами резонатора и энергетическими характеристиками лазерного излучения — можно считать достигнутой. [c.201]

Заканчивая рассмотрение влияния отдельных простейших аберраций на свойства резонаторов и характеристики лазерного излучения, необходимо напомнить, что реальные термооптические искажения имеют все же более сложную структуру, проявляющуюся, в частности, в наличии двулучепреломления, роль которого обсуждается в следующем параграфе. [c.85]

Еще сложнее зависимость расходимости лазерного пучка определить для лазера не с плоскими, а с кривыми зеркалами. В этом случае расходимость зависит не от диаметра среды, а определяется диаметром так называемой перетяжки , т. е. самого узкого места внутри резонатора, от которого луч расходится в обе стороны. Здесь можно отметить, что реальная расходимость лазерного луча гораздо больше, чем расчетная, полученная по формуле дифракции (по некоторым данным, реальная расходимость на один-два порядка больше расчетной). [c.15]

Число осевых мод, возбуждающихся в оптическом резонаторе без стенок при заданной степени инверсии, зависит от потерь в резонаторе. Максимальная выходная мощность определяется величиной энергии, отбираемой из резонатора, при условии поддержания стабильных колебаний. В оптическом резонаторе необходимо учитывать два вида потерь дифракционные, возникающие из-за конечного числа зон Френеля, образующихся относительно какого-либо центра симметрии, а также потери на зеркалах. Потери первого вида определяются законами физической оптики и зависят от геометрических размеров разрядной трубки (или лазерного стержня) и конфигурации зеркал. Потери второго вида сложнее. Кроме потерь на пропускание к ним относятся потери, связанные с поглощением и рассеянием на диэлектрических покрытиях, а также с оптическим качеством подложек для зеркал, причем качество подложки и покрытия оценивается с точки зрения как гладкости поверхностей, так и отклонения их от идеальной геометрии. [c.300]

Если же в результате поглощения света вспышки и последующих безызлучательных переходов на уровне ег накопится более половины всех ионов, то между уровнями е1 и ег возникает инверсия населенностей N2>N ). Такой механизм ее образования называют оптической накачкой. Если рубиновый стержень помещен во внешний оптический резонатор или имеет посеребренные плоскопараллельные торцы, в нем возникает короткий импульс лазерной генерации на длине волны 694,3 нм. Лазерный импульс имеет сложную временную структуру и состоит из нерегулярной последовательности отдельных импульсов длительностью около 1 мкс. Из-за малой длительности импульса (порядка 1 мс) мощность рубинового лазера в импульсе достигает нескольких киловатт при сравнительно небольшой энергии (несколько джоулей). [c.452]

Лишь очень небольшая доля всех используемых в настоящее время лазеров действительно работает в одномодовом режиме, т. е. на одной частоте и с пучком, имеющим гауссов профиль интенсивности. Большинство газовых лазеров имеет гауссов профиль ТЕМоо моды, но измерения их частотного спектра показывают, что они излучают на целом ряде частот, разделенных интервалом с 2Ь Гц, где с—скорость света и Ь — длина резонатора лазера. В общем случае каждой из этих продольных мод часто соответствует множество поперечных мод, так что профиль интенсивности выходного излучения не гауссов, а фазовое распределение в поперечном сечении не является простым. Подобное сложное частотное и фазовое распределение реального лазерного излучения неожиданно сильно [c.135]

Как уже указывалось ранее, распространение световых колебаний внутри резонатора имеет сложный характер. Прежде всего эти волны заметно отличаются от плоских волн распределение амплитуды и фазы волны на поверхности зеркал и в произвольном попе-реч)юм сечении луча не является однородным. Все это усложняет процесс центрирования объектов по лазерному лучу. Идеальной структурой лазерного луча является одномодовая структура ТЕМоо. Для нее характерна равномерная симметричная освещенность светового пятна и наименьшая степень расходимости пучка. Когерентные свойства этой моды наиболее высоки, поэтому при выборе излучателей для лазерных измерительных систем данному параметру уделяется первостепенное внимание. [c.49]

Имеются, однако, более сложные формы волн, которые также относятся к самовоспроизводящимся и, как таковые, являются возможными поперечными модами резонатора. Необходимость существования поперечных мод обусловлена тем, что любой реальный резонатор имеет конечные поперечные размеры и что вследствие дифракционных потерь решения в виде плоских волн, рассмотренные в теории резонатора Фабри-Перо (разд. 5.3, где получен критерий возникновения лазерной генерации), являются лишь приближенными и справедливыми только вблизи оптической оси резонатора (оси г). [c.196]

Случай однорезонаторной параметрической генерации является несколько более сложным. Если лазерный резонатор настроен лишь на частоту (Oi, то ai можно опять представить в виде (8.75). Поскольку волна на частоте (02 не отражается обратно в резонатор, аг будет включать в себя только потери в кристалле, и, следовательно, эту величину можно не учитывать. Пренебрегая истощением волны накачки и предполагая, что [c.510]

С другой стороны, лазерный резонатор является, в общем случае, сложной оптической системой. В ее состав входят по меньшей мере два зеркала, имеюиллх чаще всего сферические поверхности. Между зеркалами находится активная среда, показатель преломления которой может сильно отличаться от единицы. Там же устанавливаются, в случае необходимости, поляризаторы, затворы, пространственные фильтры и т.п. Таким образом, уже на этапе рассмотрения идеальных резонаторов (зеркала правильно отъюстированы, среда однородна) возникает специфическая задача анализа эволюции волновых фронтов хотя в безаберрационных, но зато многоэлементных системах. [c.7]

Из этого свойства правила AB D следует, что сложная оптическая система, состоягцая из многих оптических элементов (и, в частности, лазерный резонатор), может быть описана некоторой одной матрицей М, являющейся произведением матриц отдельных элементов, Mi, М2,. .., Mtv, записанных справа налево в том порядке, в котором гауссов пучок проходит эти элементы [c.37]

Если зеркала поглош ают излучение или первое и второе зеркала пропускают его наружу, то энергия, запасенная в резонаторе, со временем уменьшается, т. е. колебания в резонаторе затухают. В этом случае модули R и R2 меньше единицы и корни уравнения (3.4) комплексны. Исследование уравнения (3.4) в общем случае достаточно сложно. Одпако с практической точки зрения наиболее интересен случай, когда потери малы, т. е. модули R и R2 близки к единице. Поэтому вначале исследуем свойства сложного резонатора при Ri = R2 = = — 1. Такой коэффициент отражения соответствует наиболее простому граничному условию на зеркале — обращению в нуль электрического поля па пем. Как уже отмечалось, конкретный вид граничного условия в лазерном резонаторе не очень существенен, поскольку его вариация может лишь немного изменить набег фазы волны на зеркале (О -i- 2тг), в то время как полный набег фазы в резонаторе составляет (10 10 )2тг. Приведеппое выше условие соответствует дополнительному набегу фазы на зеркале, равному тт. [c.170]

Появление лазеров повлекло за собой как постановку ряда новых задач оптики, так и развитие старых оптических вопросов. В частности, исследование лазерных резонаторов потребовало распространения на эту область геометро-оптических методов, обладаюш их простотой и наглядностью. Однако применение геометрической оптики к лазерным резонаторам требует суш ественного изменения постановки задачи. Действительно, в долазерных задачах (расчет объективов, расчет прохождения радиоволн через неоднородные среды и др.) всегда задается некоторая исходная волновая поверхность, как правило сферическая, и требуется определить волновую поверхность, по-лучаюш,уюся из исходной после ее прохождения через ту или иную оптическую систему. В резонаторных (лазерных) задачах геометрической оптики постановка задачи иная — требуется отыскать такую волновую поверхность, которая воспроизводится после прохождения оптической системы, образуюш ей резонатор. Легко понять, что лазерные задачи сложнее прежних — прежние входят в лазерную задачу как составная часть и притом простейшая. Даже суш,ествование са-мовоспроизводяш ихся волновых поверхностей проблематично, и, как показывает исследование, они действительно суш ествуют пе всегда. Вместе с тем для всех практически применяемых резонаторов такие волновые поверхности могут быть найдены, и это определяет большую значимость геометрического метода для исследований лазерных резонаторов. [c.256]

Наряду с рассмотренными простыми двухзеркальными резонаторами в лазерной технике широко распространены более сложные однополостные устройства, единственная резонансная полость которых образуется не двумя, а большим числом оптических элементов. Резонаторы, в формировании собственных типов колебаний которых существенно участвуют более двух оптических элементов, называются сложными. Класс сложных однополостыых резонаторов, объединяемый общей методикой расчета, включает в себя широкий ряд реальных устройств. Строго говоря, любой реальный активный резонатор содержит те или иные оптические элементы. Таким внутренним оптическим элементом является сама активная среда. Кроме того, двухзеркальный резонатор может содержать дополнительные функциональные оптические элементы, используемые для модуляции и пространственно-частотной селекции излучения. [c.114]

В качестве оптически бистабильных устройств широко используются пассивные оптич. резонаторы (ОР), содержащие нелинейные среды, где обратная связь возникает за счёт отражения от зеркал системы с распределённой обратной связью (встречные волны непрерывно взаимодействуют во мн. сечениях нелинейной среды) оптоэлектронные гибридные системы, в к-рых обратная связь осуществляется за счет управления параметрами оптич. среды электрич. сигналом с детектора прошедшего светового потока. Представляет интерес безрезонаторная О. б., обусловленная корреляциями пар атомов в сильном эл.-магн. поле. Оптич. гистерезис и О. б. возникают также в сложных активных лазерных системах. [c.428]

В случае сложных оптических схем теоретический анализ лазерного излучения внутри и вне резонатора с помощью дифракционных формул Кирхгофа оказывается довольно сложным и приводит к трудно применимым формулам. Поэтому мы опишем другой метод, в котором не учитывается дифракция, обусловленная конечными апертурами, и в то же время принимается во внимание модовая структура поля. При этом мы будем следовать [2.2] и перейдем к волновому уравнению, не содержаи ему время [c.66]

Ширина спектральной полосы — одна из наиболее тонких характеристик лазера. Измерение спектральной характеристики лазера затрудняется тем, что лазерное излучение, если не принимать особых мер, состоит из ряда дискретных спектральных компонент, испускаемых одновременно. В идеальном случае эти отдельные компоненты соответствуют собственным типам колебаний (модам) совокупности резонатора и усиливающей среды, составляюидих лазер. В газовом лазере эти спектральные компоненты сильно зависят от собственных мод резонатора и довольно медленно изменяются со временем (что обусловлено механической нестабильностью резонатора). В твердотельном лазере, где усиление на единицу длины и число Френеля очень велики и где, кроме того, оптические свойства среды за время выходного импульса меняются почти неконтролируемым образом, для того, чтобы обеспечить спектральное разрешение при регистрации полного развития сложного спектра выходного импульса, необходимы как временное разрешение, так и значительный спектральный интервал. В твердотельных лазерах расстояния между осевыми и угловыми модами могут быть настолько малы, что дискретные спектральные компоненты могут отличаться лишь на 100 Мгц. [c.361]

Широкий интерес к использованию пучков с начальным профилем интенсивности, отличным от гауссова, возникает в задачах передачи лазерной энергии в атмосфере в связи с возможностью уменьшения нелинейных искажений при изменении амплитудного профиля в начале трассы. Этот интерес обусловлен и тем, что на практике профили пучков мощных лазеров существенно отличаются от гауссовой формы. Так, например, в СОг-лазерах часто используются неустойчивые резонаторы, формирующие пучок с провалом интенсивности и распределением интенсивности без осевой симметрии. Для многомодовых пучков лазеров с устойчивыми резонаторами распределение интенсивности является также негауссовым (моды ТЕМоь ТЕМп и т. д.). Впервые возможность уменьшения нелинейных искажений для гауссова пучка с провалом на оси показана в [6]. В [44] теоретически и экспериментально исследовано самовоздействие гауссова, диафрагмированного гауссова пучка и пучка с равномерным распределением интенсивности. Показано, что пучок с равномерным распределением интенсивности искажается меньше гауссова, но следует учитывать, что при этом он имел начальный радиус в 2 раза больше, чем радиус гауссова пучка (при одинаковой полной мощности). Самовоздействие пучков сложного профиля теоретически изучалось в [15, 16, 19, 25,33,47, 53, 57]. [c.72]

Лазе1Н>1 на красителях. Красители являются очень сложными молекулами, у которых сильно выражены колебательные уровни энергии. Энергетические уровни в полосе спектра располагаются почти непрерывно (рис. 296). Вследствие внутримолекулярного взаимодействия молекула очень быстро (за времена порядка 10 — 10 с) переходит безызлучательно на нижний энергетический уровень каждой полосы. Поэтому после возбуждения молекул через очень короткий промежуток времени на нижнол уровне полосы Е сосредоточатся все возбужденные молекулы. Они далее имеют возможность совершить излучательный переход на любой из энергетических уровней нижней полосы (рис. 296). Таким образом, возможно излучение практически любой частоты в интервале, соотьетствующем ширине нулевой полосы. А это означает, что если молекулы красителя взять в качестве активного вещества для генерации лазерного излучения, то в зависимости от настройки резонатора можно получить практически непрерывную перестройку частоты генерируемого лазерного излучения. Поэтому на красителях создаются лазеры с перестраиваемой-частотой генерации. Накачка лазеров на красителях производится газоразрядными лампами или излучением других лазеров. [c.325]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...