Связанные лазерные резонаторы

Связанные лазерные резонаторы [c.169]

Связанные лазерные резонаторы образуются в тех случаях, когда в резонаторе помимо основных, составляющих его зеркал, имеются дополнительные или промежуточные поверхности, частично отражающие и частично пропускающие излучение, так что резонатор распадается на два или большее число отдельных резонаторов, связанных друг с другом. Такие дополнитель-ные поверхности могут вводиться в резонатор специально — так часто поступают для разрежения продольного спектра но могут возникать и естественным образом, —I-1-1-> [c.169]

Появление лазеров стимулировало развитие теории распространения световых пучков. В классической оптике [77] были подробнее всего изучены особенности формирования изображений при наличии аберраций, связанных как с большой светосилой применяемых устройств, так и со значительной шириной спектрального диапазона излучения. Для анализа процессов в лазерных резонаторах необходимо лишь знание законов преобразования волновых фронтов когерентных пучков. Кроме того, элементы резонатора обычно обладают небольшой оптической силой, лазерные же пучки имеют узкий спектр, малую расходимость и умеренные размеры сечения. Поэтому в лазерном резонаторе привычные для классической оптики аберрации практически отсутствуют в частности, здесь обычно стерта грань между сферической и параболической формами поверхностей оптических элементов. [c.7]

Таким образом, в случае генерирующего лазера ситуация совершенно не похожа на ту, которая имела бы место, если бы лазерный резонатор использовался в качестве пассивного фильтра и возбуждался бы внешним источником. Поэтому при описании работы лазера не стоит употреблять такие связанные со скоростью затухания в пустом резонаторе понятия, как добротность и резонансная ширина линии. Практика показывает, что это только приводит ко всевозможным заблуждениям возникают представления о том, что процесс генерации в лазерах с большими потерями на проход носит нерезонансный характер. Поэтому мы пользоваться данными понятиями не будем. [c.70]

Дело в том, что характер возбуждения колебаний в резонаторе связан, главным образом, с состоянием активной среды, которое, в свою очередь, зависит не только от внешних по отношению к резонатору причин, но и от результатов взаимодействия среды с тем самым полем генерируемого излучения, которое формируется внутри резонатора. Поэтому любые попытки корректного рассмотрения процессов возбуждения лазерных резонаторов приводят к необходимости искать самосогласованное решение для всей системы резонатор + активная среда , что относится уже к области теории лазеров. [c.131]

Резонаторы с произвольно расположенными апертурными диафрагмами. Обсудим явления, связанные с характером ограничения сечения генерируемых пучков в реальных лазерных резонаторах. Вначале будем полагать, что эти ограничения осуществляются исключительно диафрагмами, так что речь пойдет о размерах и расположении этих диафрагм, а в случае неустойчивых резонаторов — еще и о состоянии их краев. [c.137]

Все эти матрицы описывают анизотропные оптические элементы в их собственной системе координат, связанной с их ортогональными главными осями. Однако в лазерном резонаторе эти элементы могут быть развернуты на угол д относительно системы координат, связанной с резонатором. В этом случае анизотропный оптический элемент, описываемый в его собственной системе координат матрицей М, в системе координат, связанной с резонатором, описывается матрицей М = где 8 д) — матрица поворота на угол -d, приве- [c.78]

Случайно изменяющаяся фазовая составляющая 0(0 может быть обусловлена рядом причин, включая акустически связанные колебания граничных зеркал лазерного резонатора и собственные шумы, присущие выходу любого возбуждаемого шумом нелинейного генератора. Во всех случаях флуктуации фазы [c.140]

Мы назвали два источника потерь отличие коэффициента отражения на лобовых поверхностях от единицы и конечные размеры этих поверхностей. При заполнении полости лазерного резонатора какой-либо материальной средой возникают дополнительные потери, связанные с поглощением. Все механизмы потерь вместе взятые служат причиной убывания энергии излучения в резонаторе пусть относительное уменьшение средней энергии излучения в единицу времени. характеризуется [c.25]

Сначала следует разложить напряженность поля по вакуумным модам, так что для одной моды напряженность поля примет вид произведения двух множителей, из которых один зависит от времени, а другой — от координат. В аналогичном виде представим поляризацию и плотность инверсии. Если подставить три таких произведения в три уравнения и после умножения на нормированные пространственные компоненты выполнить интегрирование по объему лазерного резонатора, то можно будет получить такие дифференциальные уравнения, в которых искомые функции являются связанными между собой зависящими только от времени множителями в выражениях для напряженности поля, поляризации и плотности инверсии. Иапример, уравнение (3.12-10) для определенной ц-й моды принимает вид [c.295]

Связанные резонаторы. Уже на начальном этапе развития лазерной техники было обнаружено, что селектирующими свойствами обладает система из двух оптических связанных открытых резонаторов. Простейшей системой такого типа является трехзеркальная система, схема которой приведена на рис. 2.2.8, а. Зеркала 1 и 2 формируют основной резонатор с активным веществом 4, зеркала 2 и 3 - дополнительный. Выходное зеркало [c.80]

Среди молекулярных лазеров значительное место занимают газодинамические лазеры. Для генерации излучения в газодинамическом лазере предварительно нагретый газ очень быстро охлаждают путем приведения его в движение вплоть до сверхзвуковых скоростей. Принципиальная схема газодинамического лазера приведена на рис. 35.18. Вначале рабочий газ в нагревателе 1 нагревают до высокой температуры, затем он поступает в сопло 2, где ускоряется и охлаждается. При этом из-за различных скоростей дезактивации молекул с разным запасом энергии в газе может образоваться инверсия заселенностей уровней энергии, когда концентрация более возбужденных молекул превышает концентрацию менее возбужденных. Далее этот газ попадает в резонатор 3, состоящий из двух зеркал, параллельных потоку. В резонаторе часть энергии, связанная с инверсией заселенностей уровней, превращается в направленное когерентное излучение, которое выходит через] полупрозрачное зеркало 4, образуя лазерный луч 5. [c.292]

Недостатками квантового интерферометра с трехзеркальным резонатором являются неопределенность направления изменения оптической длины до внешнего отражателя, что затрудняет расшифровку результатов измерения в случае, если это направление заранее неизвестно, а также снижение точности вследствие нестабильности мощности излучения лазера, связанной с пульсацией напряжения питания, разъюстировкой резонатора и т. д. Для устранения последнего недостатка предложено устройство, в котором перемещение зеркала вызывает периодическое переключение плоскости поляризации лазерного излучения. Схема этого устройства приведена на рис. 139. В устройстве исполь- [c.235]

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]

Главное внимание здесь уделяется Не — Ne-лазеру, ионному аргоновому и ионному криптоновому лазерам. Другие газовые лазеры, такие, как лазер на СОз и Не — d-лазер, мы не будем рассматривать, поскольку они редко применяются для целей голографии. Свойства газовых лазеров, связанные с голографией, за исключением длины волны излучения, как правило, определяются объемом резонатора, а не лазерной средой. С точки зрения применения в голографии наиболее важным свойством газовых лазеров является когерентность лазерного излучения. По сравнению с остальными типами лазеров газовые лазеры обеспечивают наилучшие характеристики когерентности. Для голографии также представляют интерес такие характеристики газовых лазеров, как диапазон длин волн генерации и выходная мощность излучения лазера. [c.287]

В п. 4.2.5 были изложены теоретические основы действия двустороннего обращающего зеркала с взаимно некогерентными пучками накачки. Ниже в гл. 7, будут продемонстрированы его богатые возможности в коррекции волновых фронтов лазерных пучков, их сведения и др. Здесь же в соответствии с темой 6.4 опишем синхронизацию лазеров с помощью двустороннего обращающего зеркала [23]. Два аргоновых лазера с длинами резонаторов Lj = 1,3 м и L2 = 13 м вместе с двусторонним обращающим зеркалом на ВаТ Рз образовывали гибридный лазер с активными средами в обоих плечах единого резонатора по схеме рис. 6.5г. Зеркало З2 было заменено элементом с переменным пропусканием Т 0,2, а зеркало Зз убиралось. С помощью продольного перемещения уголкового отражателя УО производилось согласование оптических длин обоих плеч. При этом без какой-либо специальной стабилизации лазеров удалось получить связанную генерацию на единых частотах в течение 1 мс. [c.206]

Поскольку при измерении параметров пучка очень существенна структура мод резонатора и рабочего вещества, часть этой главы посвящена описанию наиболее важных типов оптических резонаторов и их мод (типов колебаний). Методы определения картины излучения в ближней и дальней зонах, связанной с модами резонатора, проиллюстрированы на конкретных примерах. Иллюстрации делают описание более наглядным и позволяют получить представление о достижимой точности. Особое внимание также уделяется оборудованию, которое было сконструировано специально для измерения лазерных параметров, и новым методам использования существующих приборов. [c.35]

И введены следующие обозначения n2 t) — заселенность верхнего лазерного уровня — заселенность нижнего лазерного уровня u t)—число фотонов, соответствующих частоте лазера V21 (в резонаторе), с волновыми векторами, совпадающими по направлению с выходным излучением N = ri2 t) + i(/)—константа ) li — скорость вынужденного излучения лазерной среды сек- ) go —скорость внутренних радиационных потерь в самом лазере, за исключением потерь излучения, обусловленных выводом излучения из резонатора сек )] 1е — скорость радиационных потерь в лазере, связанных с выводом излучения из резонатора (сек ). [c.296]

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]

Первый член в скобках в правой части уравнения учитывает потери в резонаторе, а второй (положительный) связан с ненасыщенной инверсией. Последнее слагаемое правой части описывает уменьшение э( ективной инверсии, вызываемое процессом лазерной генерации. [c.149]

Преимущества неустойчивых резонаторов. Неустойчивые резонаторы чаще всего используются с целью селекции поперечных типов колебаний и уменьшения угловой расходимости излучения. При больших объемах активной среды этот способ селекции является наиболее перспективным, так как не связан ни с усложнением лазерной системы, ни с заметным уменьшением КПД излучателя [44]. [c.210]

В уравнениях (5.4) —(5.7) р —параметр, пропорциональный скорости накачки и в конечном счете мощности ламп накачки Л —число активных ионов в лазерном веществе В —коэффициент вынужденного излучения в расчете на один фотон и один активный ион т—время затухания люминесценции /С,- связано с потерями внутри резонатора Ко—выходные потери на зеркалах Квг — потери, связанные с ГВГ, и д — полное число фотонов в резонаторной полости лазера. [c.144]

Когда проводятся измерения усиления, необходим ряд предосторожностей, чтобы быть уверенным в надежности результатов. Полосовой фильтр на Я. = 3,5 мк должен стоять наклонно к оси луча, чтобы исключалась возможность возврата энергии с А. = = 3,5 мк в резонатор лазера. Система приемника должна быть отнесена на несколько метров от лазера для уменьшения амплитуды спонтанного шумового излучения на длине волны А. = 3,5 ж/с, генерируемого лазером [17]. Двигатель прерывателя должен быть укреплен на подставке, не связанной с лазерным резонатором, чтобы свести к минимуму изменения усиления, обусловленные вибрацией зеркал. Коллимируюихая диафрагма перед приемником должна быть достаточно большой, чтобы не ограничивать величину пятна луча, но в то же время она должна экранировать инфракрасный приемник от фонового шума, создаваемого [c.240]

Потери лазерных резонаторов определяют две важных, связанных между собой характеристики резонатора. Из-за потерь энергии собственные колебания в резонаторах затухают по экспопенциальному закону, эти потери, следовательно, определяют амплитудный параметр затухания, или декремент 6. Характерное время затухания т = = 1/6 есть время, за которое амплитуда уменьшается в е раз. (Декремент по могцности вдвое больше, а время затухания вдвое меньше, чем [c.30]

В задачах, связанных с лазерными резонаторами, существует обстоятельство, позволяющее сильно упростить исследование задачи. Это обстоятельство — параксиальность лазерного получения. Как известно из эксперимента, лазерное излучение всегда сосредоточено вблизи оси пучка излучения и мало расходится при распространении вдоль этой оси это свойство лазерного пучка и определяют словом параксиальность . В теоретических исследованиях оно находит свое выражение в так называемом параксиальном приближении. Это приближение позволяет перейти от уравнения Гельмгольца (1.154) к параболическому уравнению, точным решением которого и является гауссов пучок (1.88). [c.88]

Прежде чем продолжить рассмотрение неустойчивых резонаторов, необходимо указать здесь причины, почему эти резонаторы представляют интерес для лазерной техники. В первую очередь подчеркнем, что для устойчивого резонатора, соответствующего на плоскости gi, g2 точке, которая расположена не очень близко к границе неустойчивости, размер пятна в любом случае имеет тот же порядок величины, что и у конфокального резонатора (см. рис. 4.35). Отсюда следует, что при длине резонатора порядка метра и для длин волн видимого диапазона размер пятна будет порядка или меньше 1 мм. При таком небольшом сечении моды выходная мощность (или энергия) лазерного излучения, которую можно получить в одной поперечной моде, неизбежно оказывается ограниченной. Наоборот, в неустойчивых резонаторах поле не стремится сосредоточиться вблизи оси (см., например, рис. 4.6), и в режиме одной поперечной моды можно получить большой модовый объем. Однако при работе с неустойчивыми резонаторами возникает другая проблема, связанная с тем, что лучи стремятся покинуть резонатор. Поэтому соответствующие моды имеют значительно ббль-шие (геометрические) потери, чем моды устойчивого резонатора (в котором потери обусловлены только дифракцией). Тем не менее данное обстоятельство можно даже обратить в преимущества, если лучи, которые теряются на выходе из резонатора, включить в полезное выходное излучение лазера. [c.220]

К настоящему времени работа ЛСЭ была продемонстрирована во всем мире на нескольких устройствах (более 10), причем длины волн генерации лежали в диапазоне от миллиметровых волн вплоть до зеленой области спектра. На различных этапах разработки сейчас находится значительно большее число таких лазеров. Все они требуют крупных установок, поскольку для их работы необходимо использовать достаточно большие ускорители электронных пучков. Исторически самый первый ЛСЭ был запущен на длине волны К =3,4 мкм с помощью линейного сверхпроводящего ускорителя Станфордского университета в США [39]. Поскольку входной электронный пучок имел вид импульсов длительностью 3,2 пс, разделенных промежутками т = 84,7 НС, длина резонатора L была выбрана таким образом, чтобы величина т была равна времени полного прохода резонатора (т. е. L = %l2 = 2,l м), так что лазер работал в режиме синхронизации мод с синхронной накачкой. Один из наиболее важных вопросов для ЛСЭ связан с его эффективностью. Поскольку частота генерируемого им излучения зависит от энергии электронов [см. выражение (6.58)], максимальная энергия, которую можно отобрать от электрона, равна такому изменению энергии электрона, при котором соответствующая рабочая частота смещается за пределы контура усиления. Следовательно, максимальный КПД т)макс, определяемый как отношение максимальной энергии, отдаваемой лазерному пучку, к начальной энергии электронов, примерно равен именно отношению Avo/vo, т. е. т]макс = /2Nw Отсюда следует, что КПД такого устройства весьма мал (10 —10 ). В настоящее время активно ведутся работы с целью повышения КПД по двум направлениям. [c.432]

Очевидно, что достаточно полный комплекс измерений, позволяющих всесторонне вскрыть сущность процессов и явлений в излучателе твердотельного лазера, является необходимым для разработчиков лазеров и может быть осуществлен только в хо-)ошо оснащенных измерительными средствами лабораториях. 3 организациях, занимающихся эксплуатацией лазерных технологических установок, также необходимо осваивать хотя бы простые и доступные методы измерений параметров резонатора и пучка излучения, которые позволяли бы судить о соответствии характеристик установки технологическому режиму или об их отклонениях. В настоящем разделе рассматриваются вопросы измерительной техники, непосредственно связанные с решением задач термооптики твердотельных лазеров, к которым можно отнести определение общего тепловыделения в активном элементе, измерение термооптических характеристик лазерных сред, исследование термооптических искажений и напряжений в активных элементах. [c.173]

Важнейшей особенностью оптических генераторов на основе ФРК является наличие частотного сдвига До) между частотой лазерного пучка накачки и частотой световой волны, возбуждаемой в резонаторе. Впервые экспериментально наличие такого сдвига величиной порядка обратного характерного времени формирования голограммы в ФРК ( Ts ) было обнаружено именно в рассматриваемой нами здесь схеме кольцевого резонатора [6.41, 6.42]. Предложенное в двух последних работах объяснение данного эффекта, основанное на рассогласовании частот опорного и сигнального световых пучков при наиболее эффективном энергообмене в двухволновом взаимодействии на несмещенной решетке, проходит лишь для кристаллов BSO [6.42], в которых запись осуществлялась во внешнем постоянном поле. Наличие же аналогичного эффекта в BaTiOg [6.41], где за счет диффузионного механизма формируется чисто смещенная голограмма и наиболее эффективным образом двухволновой энергообмен наблюдается при равенстве частот (Аы = 0) световых пучков, заставляет предполагать наличие более общей причины, не связанной с конкретным механизмом голографической записи. [c.119]

При/i = Uo — п/ют (4.15) — (4.17) являются системой связанных трансцендентных уравнений, решение которой определяет величины 7, g и 0 как функции лазерных параметров ют, Щ, 8am и Тз2. Наиболее короткие и интенсивные импульсы генерируются, очевидно, тогда, когда вершина импульса при каждом проходе резонатора достигает модулятора в момент времени, соответствующий максимальному значению коэффициента передачи, т. е. при 0 = 0. Значение частоты модуляции Ют = Юто в этом случае определяется из (4.15) при /г = —gxz2 [c.141]

В последних двух главах рассматривается концентрация поля в некоторых ограниченных областях пространства, в которых имеют место определенные комбинации длин волн и неоднородностей среды это приводит к эффекту, который можно назвать своего рода удержанием излучения. В частности, в гл. 7 мы рассмотрим пассивные и активные резонаторы, используемые в лазерных устройствах и предназначенные для удержания излучения вблизи оси оптических резонаторов и интерферометров Фабри — Перо. При этом мы будем проводить изучение главным образом на основе теории дифракции. В гл. 8 для исследования удержания излучения в поперечном направлении вблизи оси диэлектрического световода задача решается аналитически с использованием модовых решений волнового уравнения. Это позволяет рассмотреть единым образом самые современные вопросы, связанные с такими нелинейными оптическими явлениями, как фазовая самомодуляция и солитоны. [c.9]

Полуклассическая теория лазера, которую мы представили в предшествующих главах, позволила нам объяснить и даже предсказать многие свойства лазерного излучения. Однако из этой теории следовало, что лазерная генерация устанавливается при накачке, превышающей определенный порог, а ниже этого порога вообще не возникает никакого излучения. Этот вывод нельзя считать удовлетворительным, поскольку даже без выполнения условия генерации испускание света возможно, а именно свет излучают обычные лампы. Адекватная теория лазера должна описывать переход от излучения обычных ламп к лазерному излучению, она должна охватывать излучение лампы как частный случай. Таким образом, становится очевидным, что мы упустили важный аспект теории лазеров. Чтобы разъяснить постановку вопроса, рассмотрим более внимательно явление испускания света обычными источниками. Как мы знаем, свет испускается возбужденными атомами при спонтанных переходах ). Такое излучение нельзя получить в рамках теории, которая описывает свет классически. Спонтанное излучение возбужденных атомов может быть адекватно описано только в том случае, если проквантовать световое поле. Мы знаем также, что затухание классической или квантовой величины всегда сопровождается флуктуациями. Пусть, например, световое поле в резонаторе затухает из-за пропускания зеркал. Мы должны ожидать при этом флуктуаций амплитуды светового поля. Как флуктуации, связанные со спонтанным излучением, так и флуктуации, обусловленные потерями в резонаторе, не учитываются в полуклассических уравнениях лазера. Мы увидим, что становится необходимым полностью квантовое описание лазера, если мы хотим объяснить различие между лазером и обычной лампой. Флуктуациями лазерного излучения фундаментальным образом определяются свойства когерентности лазерного света. Если же рассматривать свойства [c.249]

На частотах, близких к частоте лазерного или прочих переходов, возникает аномальная дисперсия. На других переходах среда поглощает, в то время как яа лазерном она обладает усилением (отрицательным поглощением). Профили поглощения и уснленпя, а также крииые связанной с нимп ано.мальпой дисперсии показаны на рис. 8.21. Мы рассмотрим только частоты, близкие к частоте лазерного перехода Уд. Как легко видеть, при резонансных частотах меньщих Гд, частота резонатора под влиянием усиливаю- [c.222]

Для получения сверхкоротких мощных лазерных импульсов применяются затворы в виде кювет, наполненных р-ром спец. красителей, быстро (и обратимо) просветляющихся (выцветающих) под влиянием излучения активной среды. Такой затвор, помещённый в резонатор Л., нарушает обратную связь. Импульс возбуждения вызывает накопление энергии в активной среде и возникновение сверхлюминесценции. Интенсивность хаотич. импульсов сверхлюминесценции быстро возрастает. Когда один из них окажется достаточно мощным, чтобы вызвать просветление затвора, возникает лавинообразное развитие генерации. При этом фазы генерации всех мод резонатора оказываются взаимно связанными так, что все генерируемые волны складываются, образуя сверхкороткий импульс, длительность к-рого может составлять всего единицы и даже доли не. Энергия, забираемая таким импульсом из активной среды, обычно составляет лишь малую долю запасённой в среде энергии, поэтому первый импульс, отразившись от зеркал резонатора, многократно пробегает между ними, образуя последовательность сверхкоротких импульсов, следующих один за другим через время, определяемое размерами резонатора (временем двойного пробега светового импульса между зеркалами). Применяя дополнит, устройства, удаётся выделить один из сверхкоротких импульсов. [c.340]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...