Селекция мод лазерного излучения Моды лазерного излучения

СЕЛЕКЦИЯ МОД ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ [c.394]

Формирование и селекция мод лазерного излучения с помощью ДОЭ [c.414]

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]

Методы селекции спектра аксиальных мод и перестройка частоты излучения лазеров. Во многих применениях требуется узкО полосное, а в пределе — одномодовое (одночастотное) лазерное излучение. В последнем случае в соответствии с соотношением неопределенностей суш,ествует однозначная связь длительности импульса [c.230]

У тепловых источников излучения с помощью надлежащих систем диафрагм также можно отфильтровать поперечную моду и получить ограниченную дифракцией расходимость, определенные фазовые соотношения на выходной диафрагме и способность излучения к интерференции. Однако эта селекция сопряжена с очень большими потерями интенсивности. При малой расходимости (обусловленной дифракцией) становится возможной фокусировка излучения на малую площадь ( Я ), что позволяет достичь высоких интенсивностей. При фокусировке отношение интенсивностей в лазерном пучке 1 и Б области фокусировки (фиг. 7) определяется формулой [c.30]

В данной главе рассмотрена возможность формирования, селекции мод лазерного излучения с помощью специадьеых ДОЭ — моданов, а также вопросы, связанные с использованием ДОЭ в системах сбора, хранения и передачи информации. Показано, что разработка и создание дифракционных оптических элементов нового типа — моданов позволили решить фундаментальные задачи, неразрешимые с И0м01щ>ю традиционных оптических элементов — задачи формирования иучков лазерного излучения с заданным поперечно-модовым составом и определения поперечно-модового состава пучжа в режиме реального времени. Были описаны возможные приложения ДОЭ в системах сбора, хранения и передачи информации для повышения пропускной способности волоконно-оптических систем связи, создания высокочувствительных датчиков перемещения, анализа амплитудно-фазовых характеристик лазерного излучения в режиме реального времени. [c.465]

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]

Таким образом, наличие перпендикулярных оси поверхностей раздела вызывает существенное прорежение спектра мод, обладающих минимальными потерями. Приведенный пример не только позволяет сделать такой вывод, но и вполне достаточно поясняет методику проведения подобного рода расчетов. Подробности, касающиеся более сложных случаев (скажем, когда выходное зеркало представляет собой стопу плоскопараллельных пластин), можно найти в монографии [74], специально посвященной вопросам спектральной перестройки и селекции лазерного излучения. [c.136]

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]

Интересуясь мопохроматичиостью лазерного излучения, необходимо иметь в виду еще два обстоятельства. Во-первых, в тех случаях, когда высокая степень монохроматичности достигается за счет принудительных мер (например, за счет селекции мод, [c.8]

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]

Происходит селекция одной моды, а в каких может существовать несколько мод. Ниже будет показано, что при лазерной генерации частоты испускаемого излучения сдвинуты относительно центра атомной линии и относительно собственной частоты резонатора. При определенных предположениях, в частности о том, что отсутствуют какие-либо фазовые соотношения между отдельными модами, из полуклассических уравнений могут быть выведены и тем самым обоснованы скоростные уравнения. Теория, эквивалентная нашей, была развита независимо Лэмбом и опубликована им в 1964 г., причем Лэмб рассматривал газовый лазер. При наличии фазовой синхронизации мод возникает ряд новых важных явлений, таких, как генерация ультракоротких импульсов. Полу-классические уравнения все еще используются многими учеными как основа для исследования различных явлений, происходящих в лазерах, и ниже будет представлен ряд примеров. Таким образом, центральное место в этой книге, посвященной динамике лазерного излучения, будет занимать полуклассическая теория. [c.29]

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]

Строгое рассмотрение процесса формирования поля излучения в резонаторе требует, очевидно, использования волновой теории. Однако целый ряд вопросов теории открытых резонаторов может быть достаточно успешно исследован в геометрическом приближении. Сюда следует отнести, в частности, вывод условия устойчивости резонаторов, оценку различных потерь, рассмотрение селекции поперечш>1х мод, учет разъюстировки элементов резонатора. Геометрическое приближение служит хорошей основой для описания неустойчивых резонаторов. В случае же устойчивых резонаторов можно использовать связь, которая, как оказывается, существует между геометрической оптикой и широко применяемой для описания таких резонаторов оптикой гауссовых пучков. Как сказано в 14] (с. 91), один из наиболее приятных сюрпризов современной оптики состоит в той легкости, с которой методы геометрического преобразования лучей можно приспособить для"описания генерации и распространения лазерного излучения . [c.122]

СВЯЗИ будущего, однако в настоящее время они были бы чрезмерно ограничивающими. Так, требование использования лазерных источников излучения в сочетании с многомодовыми волокнами приводит к необходимости минимизации потерь, обусловленных селекцией мод, пока разность задержек из-за межмодовой дисперсии не превысит время когерентности. Межмодовую дисперсию можно увеличить, если использовать ступенчатые волокна с большой чис ювой апертурой или градиентные волокна со слабым изменением показателя преломления. Время когерентности можно уменьшить, используя лазеры, излучающие одновременно много мод. Конечно, оба этих шага находятся в противоречии с усилиями, направленными на увеличение полосы пропускания системы связи. Лучшим ответом на проблему модального шума является ограничение полосы пропускания системы связи до необходимого минимума и обеспечение гарантии того, что любое вводимое рассеяние имеет место как можно ближе к источнику излучения. В таком случае заказчик системы связи будет свободен от модального шума. [c.394]

Усилитель. Проблемы разработки и расчета характеристик усилителя в лазерной системе, в том числе и на основе газов, возникают прежде всего тогда, когда от этой системы необходимо получить более короткие и более интенсивные импульсы излучения, чем при использовании одного генератора с применением техники модуляции добротности и сихронизации мод. Кроме этого усилитель широко используется в лазерных системах с частотной селекцией и селекцией пространственного распределения поля излучения. В таких системах исходное излучение формируется задаюш,им генератором небольшой мош,ности, в кототом разработанными методами селекции частоты и пространственного распределения сравнительно легко добиваются заданных характеристик излучения. Роль усилителя в такой системе сводится к усилению полученного от задаюш,его генератора излучения до нужного уровня мош,ности, причем искажения, вносимые усилителем во все характеристики исходного сигнала, не должны превышать пределов точности их экспериментальных определений. В этом разделе мы остановимся на анализе и расчете характеристик молекулярных газовых усилителей (МГУ) излучения СОа-лазера. Это опять же связано с широким кругом прикладных задач, в которых используют такие системы, начиная от лазерного термоядерного синтеза и прикладной нелинейной оптики в ИК-Диапазоне и кончая современной технологией. Сразу отметим, что весь алгоритм этого анализа и расчета может быть использован при разработке усилителя на любых газах с возбуждением его активной смеси электрическим разрядом. Обш,ей схемой анализа МГУ можно считатьструктурнуюсхему для лазеров (см, рис. 2.3). Для задач усилителя в ней исключается из описания Резонатор и вместо уравнения, описываюш,его режим генерации, в блоке Mil в полуклассическую модель вместо (2.21, г) и в балансную модель вместо (2.22, в) вводятся уравнения, описываюш,ие прохождение излучения в среде усилителя, а именно [c.77]

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]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...