Резонаторы с активной средой

Собственные функции уравнения (2.5) резонатора с активной средой, очевидно, остаются собственными функциями оператора Р. Отсюда следует [c.68]

Для нахождения самосогласованного решения в подобных случаях используются разные методы, наиболее простым и естественным из которых является итерационный. Простейшая итерационная процедура заключается в следующем. Берется некоторое начальное распределение поля (обычно равномерное) это распределение подставляется в уравнения среды, последние решаются и находится пространственное распределение коэффициента усиления. Далее рассчитывается новое распределение поля как результат однократного прохождения исходного пучка через резонатор с активной средой. Вновь полученное распределение поля подставляется в уравнения среды и т.д. [c.198]

Для учета модового состава излучения решение волнового уравнения рассматривается в виде разложения по собственным колебаниям резонатора с активной средой, представленного в адиабатическом приближении следующим выражением [c.179]

Таким образом, твердотельный лазер, состоящий из активной среды и резонатора, является динамической системой, чрезвычайно чувствительной к возмущению его параметров. Это явление имеет и полезное применение, например, в модуляционной спектроскопии прп измерении слабых оптических эффектов, поскольку помещение исследуемой среды в резонатор с активной средой позволяет усилить эти эффекты па много порядков [12, 131. [c.201]

Резонаторы с активной средой [c.545]

РЕЗОНАТОРЫ С АКТИВНОЙ СРЕДОЙ [c.545]

Система лазера состоит из источника энергии, источника оптического возбуждения, резонатора с активной средой и системы оптической фокусировки. [c.447]

Резонаторный мазер обычно работает на отражение, т. е. источник подключается к одному плечу циркулятора, резонатор с активной средой — к другому, а на- [c.145]

Рис. 105. Принципиальная с.хема ОКГ 1,3 — зеркала оптического резонатора, 2—активная среда

Квантовые интерферометры на основе лазера с трехзеркальным резонатором. На рис, 137 приведена схема лазера с трехзеркальным резонатором. Зеркала I н 3 вместе с активной средой 2 образуют лазер. Изменение длины оптического пути либо за счет перемещения зеркала 4, либо за счет изменения характеристик среды между зеркалами 3 и 4 приведет к модуляции интенсивности лазерного излучения. [c.233]

Неустойчивые резонаторы обладают высокими потерями на излучение во внеш. пространство (см. выше). Потери возрастают с увеличением м и в, благодаря этому неустойчивые О. р. обеспечивают одномодовую (по тип) генерацию. Достоинством неустойчивых О. р. является большая поперечная протяжённость осп. моды, вследствие чего они могут быть использованы с активными средами большого поперечного сечения. Вывод энергии из неустойчивого О. р., как правило, осуществляется не сквозь зеркала, как в устойчивых О. р., а за краями одного из зеркал. В неустойчивых О. р. существенную (отрицат.) роль играет волна, отражённая от края зеркала и сходящаяся к оси О, р. Для уменьшения такого отражения применяют [c.457]

Расчет резонаторов, заполненных активной средой, является значительно более сложной задачей, так как аналитическое решение проблемы связано с большими трудностями, и основные результаты в этом направлении дает численный расчет методом последовательных приближений. [c.12]

Наряду с рассмотренными пространственными характеристиками излучения лазеров, важнейшей характеристикой, определяющей режим генерации, является временной вид излучения. Эта характеристика определяется как свойствами резонатора и активной среды, так и видом внешнего модулирующего воздействия, оказываемого на лазер. В том случае, когда на лазер не оказывается никакого внешнего модулирующего воздействия, реализуется так называемый режим свободной генерации лазера. [c.73]

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]

Новый этап развития многолучевой интерферометрии связан с созданием оптических квантовых генераторов — лазеров. Наряду с активной средой и источником возбуждения основными элементами лазеров являются резонаторные системы, представляющие собой многолучевые интерферометры типа Фабри-Перо. Применение интерферометра в качестве объемного резонатора с открытыми боковыми стенками и торцовыми поверхностями, частично про- [c.7]

Фазовый угол ф в этом выражении учитывает возможный сдвиг фазы за один проход, в то время как h соответствует временному сдвигу максимума импульса, вызванному усилительными и частотно-избирательными свойствами активной среды. Таким образом, эффективное время полного прохода импульсом резонатора, содержащего активную среду, отличается от времени прохода холодного резонатора Uq (т, е. резонатора без накачки) на величину h u = uq — h. Кроме того, попутно следует подчеркнуть, что Uq отличается от значения 2L/ (L — оптическая длина резонатора), так как импульсы распространяются не с фазовой, а с групповой скоростью. Подставляя в (4.11) соотношения (4.10) и (4.6), получим для неизвестной амплитудной функции Ль (О, ri) линейное интегральное уравнение [c.140]

Данная глава посвящена вопросам измерения параметров, характеризующих некоторые менее очевидные свойства лазерных резонаторов и активных сред, применяемых в квантовой электронике, от которых зависят рабочие характеристики лазеров. Здесь излагается ряд способов измерения усиления за один проход. В одном из параграфов главы даются дополнительные сведения о тех методах измерения усиления, о которых говорится в гл. 7, 3 и 4. Рассматриваются методы согласования мод, а в параграфе, посвященном измерениям времени жизни, указываются некоторые способы определения подобных характеристик в газах, жидкостях и твердых телах. Излагаются также методы измерения энергии электронов и плотности энергии в плазме газовых лазеров. Рассматриваются способы измерения прозрачности зеркал в предельном случае большой отражательной способности, а также экспериментальные методы определения значений коэффициента отражения, при которых выходная мощность лазера максимальна. Дается также способ определения степени инверсной заселенности в лазерах с модулированной добротностью. В заключительной части рассматриваются потери в резонаторах и методы их определения. Глава начинается с обзора соответствующих параметров лазера. [c.225]

В качестве оптических элементов, составляющих резонатор, используются зеркала (металлические или интерференционные), полупрозрачные пластины, оптические стопы, линзы, призмы полного внутреннего отражения. В тех резонаторах, где важно провести спектральное разделение излучения, используются дисперсионные элементы — дисперсионные призмы, дифракционные решетки. И, наконец, в состав резонатора входит активная среда с инверсной населенностью. [c.5]

Прежде чем перейти к детальному описанию методов, с помощью которых могут быть рассчитаны моды открытого резонатора, напомним некоторые технические термины. Добротность резонатора Q определяется как Q = со о, где со — частота моды, а /о — ее время жизни в незаполненном резонаторе, т. е. в резонаторе без активной среды. Величина /о — это время, за которое интенсивность моды уменьшается в е раз. В данной книге будет использована константа затухания х = 1/2 /о- Чтобы получить большую добротность Q, согласно физической оптике (теории дифракции), нужно обеспечить выполнение следующего условия. В случае двух зеркал с апертурами 2/11 и 2/12, разнесенных на расстояние О, должно выполняться неравенство [c.68]

Если вернуться к случаю активного резонатора, то очевидно, что при увеличении уровня возбуждения активной среды лазера при прочих одинаковых условиях моды с низкими потерями начинают излучаться первыми. В общем же случае развитие определенной продольной моды (из общего числа продольных мод, связанных с данной поперечной модой), которая первой достигает порога генерации, определяется зависимостью усиления активного вещества от частоты. Мы возвратимся к этому вопросу в 5 этой главы. Путем соответствующего подбора параметров резонатора и активной среды можно получить генерацию на одной моде резонатора. [c.23]

Говоря о принципиально важных элементах лазера, следует отметить наряду с активной средой и системой возбуждения (системой накачки) также оптический резонатор. Для возникновения генерации в лазере необходимо, чтобы инверсия активной среды обеспечила превышение усиления над суммарными потерями в резонаторе. Изменяя уровень и характер потерь в резонаторе, можно осуществлять управление процессом генерации. В соответствии со спецификой используемого в лазере резонатора генерируется излучение, поле которого имеет определенную спектральную и пространственно-временную структуру. Формирование поля излучения с определенной структурой — принципиальная функция оптического резонатора в лазере. [c.90]

Резонатор, содержащий активную среду, настраивается на частоту /= ( 2— 1)// , где и 1 — энергетические уровни активных атомов (или молекул), между которыми происходят переходы. Помимо сигнала с частотой 1, присутствует также сигнал накачки с большой амплитудой, который возбуждает энергетический уро- [c.146]

Коэффициент усиления измеряется двумя методами. В первом методе кювета с активной средой помещается в резонатор, у которого предварительно тщательно измерены потери. В этот же резонатор вставляют кварцевую пластину, как и при измерениях коэффициента отражения зеркал, потери которой известным образом зависят от угла ее поворота. Разворачивая эту пластину, доводим генерацию с исследуемой кюветой до порога. Затем оцениваем общие потери резонатора и по ним — коэффициент усиления активной среды. Для определения зависимости усиления от мощности (или тока) накачки такие измерения проводятся при нескольких значениях величины накачки. Точность этого метода не превышает десятков процентов от измеряемой величины (10—20%). [c.243]

Условие генерации. Предположим, что в данный момент времени через данную точку среды с отрицательной температурой вдоль оси кристалла рубина влево или вправо распространяется излучение с частотой V. Пусть интенсивность в данный момент будет /q. Это излучение, пройдя через среду, попадет на зеркало резонатора, затем, отразившись от него, распространится в противоположном направлении. Далее, отразившись от второго зеркала резонатора, пройдя в общей сложности через активную среду путь длиной 2L (L — длина активной среды между зеркалами резонатора), достигнет прежней точки. В отсутствие потерь энергии после такого цикла интенсивность излучения стала бы равной [c.386]

Построим теперь пустой резонатор из полностью отражающих зеркал, имеющий такие же по форме распределения полей на аналогичным образом расположенных сечениях. Сделаем это следующим образом заменим зеркало с < 1 на зеркало той же формы, но полносты отражающее удалим активный слой наконец, уменьшим длину участка резонатора, на котором слой был расположен, на /(1 — 1/ о) (в изображенном на рис. 2.4 сл)Л1ае надо просто установить зеркала на расстоянии// экв = друг от друга). Нетрудно видеть, что интегральное уравнение исходного резонатора с активной средой будет отличаться от уравнения такого пустого резонатора при аналогичном расположении отсчетных плоскостей только постоянным множителем в правой части [c.68]

Уравнения (2.1) описывают характер взаимодействия поля излучения в резонаторе с активной средой. Физический смысл уравнений достаточно прост. Уравнение (2.1а) показывает, что скорость изменения энергии поля в резонаторе определяется соотношением скоростей двух процессов затухания поля в резонаторе за счет различного рода потерь, в том числе и на выходное излучение — г /тр, и возрастания поля в резонаторе за счет усиления в активной среде D (i))wNValVp из-за вынужденного излучения возбужденных ионов Nd +. Уравнение (2.16) показывает, что скорость изменения инверсной населенности активной среды определяется соотношением скоростей двух процессов уменьшения населенности метастабильного уровня за счет спонтанных переходов -С характерным временем Т (—N/Ti), вынужденных переходов D (o)wNl/ соо) и возрастания населенности метастабильного уровня за счет действия источника накачки с характерным време-йем Ti(NelTi). [c.48]

Во-первых, поперечное распределение стационарных структур в резонаторе с усилением с очень большой точностью совпадает с поперечными модами пустого резонатора. Этот результат позволяет использовать решения, полученные для случая пустого резонатора, при анализе лазерного резонатора с активной средой. Заметим, что этот факт является проявлением обгцей закономерности, состоягцей в слабом искажении поперечных мод амплитудными пеодпородностя-ми, в то время, как даже сравнительно слабые, фазовые аберрации могут приводить к весьма сильным искажениям моды [10. [c.162]

Др. возможность состоит в том, что возмущение растёт всюду, в т. ч. в месте его появления. Это — а б с. неусто11Чивость, существующая благодаря наличию внутренних обратных связей, распределённых по всей активной системе. Примером может служить электронная лампа обратной волны, в к-рой возмущения, усиленные электронным потоком, переносятся эл.-магн. полями в обратном направлении, подвергаясь многократному усилению. Конечно, в большинстве реальных систем чёткое разделение конвективных и абс. неустойчивостей оказывается невозможным так, распределённый усилитель превращается в генератор при добавлении внешней обратной связи, если замкнуть этот усилитель в кольцо (соединить выход со входом) или ввести отражатели (зеркала), принуждающие возмущения многократно проводить через одни и те же участки активной среды. Так устроены лазеры, гиротроны и др. приборы с активными средами внутри резонаторов сходным образом водут себя упругие пластинки, обтекаемые потоком воздуха (флатторная неустойчивость), и др. [c.327]

Все это заставляет нас внимательно ознакомиться с последствиями возмущений соответствующему анализу посвящена первая половина настоящей главы. Далее мы кратко остановимся на механизме выделения мод резонатора из шумовой затравки в начале процесса генерации. В заключение будет немного подробнее рассмотрен важнейщий вопрос теории резонаторов, заполненных активной средой. Этот вопрос касается факторов, определяющих число и интенсивность мод, возбуждающихся во время генерации он требует некоторых предварительных комментариев. [c.131]

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]

Модовый состав генерируемого излучения определяет пространственную, временную и спектральную структуры генерируемого излучения. Количество генерируемых мод, их характеристики, взаимодействие и концентрация мод в лазерах всех типов, работающих в различных режимах, определяется типом используемого резонатора, особенностями активной среды и в частности, степенью однородности ее возбуждения по объему активной среды. Это особенно важно для лазера на твердом теле с оптической накачкой. Проблемам расчета резонаторов, их выбору и влиянию на модовый состав и пространственно-временную структуру излучения посвящена монография [5], которая может оказаться полезной при анализе модовога состава излучения. [c.178]

Третий и четвертый члены в правой части уравнения (4.144) описывают изменение инверсии рабочих уровней под действием накачки и спонтанных переходов. Если длительность генерируемых импульсов настолько мала, что за время, равное их длительности, изменение инверсии под действием накачки и за счет спонтанных переходов невелико, то третьим и четвертым членами в уравнении (4.144) можно пренебречь. Это, как правило, справедливо для режима модулированной добротности. В случае модуляции добротности (исключая пассивные методы с использованием фото-тропных веществ) изменение добротности соответствует изменению во времени коэффициента полных потерь к от пот (О-Необходимо отметить, что V в уравнении переноса (4.146) — так называемая эффективная скорость фотонов в резонаторе с активным и фототропным элементами. Она позволяет избежать математических трудностей, связанных с тем, что активная и фото-тропная среды находятся в различных областях пространства и учитывает реальное замедление фотонов в активной среде (скорость распространения v — с/п) и в фототропной (скорость распространения Кф =с1пф). Для случая, когда используется полностью система уравнений (4.144) — (4.146), т. е. при введении фототропного затвора в резонатор, формула для эффективной скорости движения фотонов в резонаторе может быть записана в виде [c.222]

Балошин Ю. А., Беляков И. В., Тер-Погосян А. С. Интегральное уравнение активного плоского резонатора с неоднородной средой//Тез. докл. всесоюзной конференции. Применение лазеров в науке и технике. — Ленинград,, — [c.228]

Блок-схемы экспериментальной установки для измерения пространственных, временных и энергетических характеристик излучения ЛПМ представлены на рис. 4.1. Испытания проводились в основном с отпаянным саморазогревным АЭ ГЛ-201 (см. гл. 2), часть исследований — с удлиненным АЭ ГЛ-201Д (см.гл.З). Характеристики выходного излучения АЭ ГЛ-201 исследовались в режиме без зеркал, с одним зеркалом, с плоским и плоско-сферическим резонаторами и с телескопическим HP. В плоском резонаторе в качестве глухого зеркала 3 использовалось зеркало с многослойным диэлектрическим покрытием, в качестве выходного 4 — стеклянная плоскопараллельная пластина без покрытия (коэффициенты отражения зеркал 99% и 8% соответственно). Вогнутое диэлектрическое зеркало с радиусом кривизны R = 3 м (диаметр 35 мм) и коэффициентом отражения 99% и стеклянная плоскопараллельная пластина образовывали плоскосферический резонатор длиной 1,5 м. Зеркало с радиусом кривизны R = 3 м использовалось в качестве глухого зеркала и в телескопическом HP с коэффициентом увеличения М = 10-300. Выходными зеркалами в HP служили выпуклые зеркала с диэлектрическим или алюминиевым покрытием, имеющие диаметр 1-2,5 мм и радиус кривизны R = 10-300 мм. Эти зеркала наклеены на просветленную плоскопараллельную стеклянную подложку так, что оптическая ось зеркала образует с плоскостью подложки угол не менее 94°. Последнее необходимо для устранения обратной паразитной связи подложки с активной средой АЭ. При коэффициентах увеличения М = 15-60 в качестве выходных зеркал резонатора использовались и стеклянные мениски диаметром 35 мм. При М — 5 глухое вогнутое зеркало имело R — = 3,5 м, а выходное выпуклое — 0,7 м. В режиме работы с одним зеркалом применялись выпуклые зеркала с Д = 0,6-10 см. Средняя [c.108]

Строгое рассмотрение одномодового режима работы лазеров читатель может найти у Сарджента и др. (см. ссылку [6, сЬ. 7] в литературе к гл. 1 нашей книги). Мы же ограничимся рассмотрением резонаторов, заполненных активной средой с однородно уширенной линией. Пусть активная среда характеризуется восприимчивостью х, определяемой выражением (7.19.1), а генерация происходит на одной частоте V, В этом случае соотношение (7.10.7) можно переписать в виде [c.548]

Электромагнитные переходы при наличии затухания (приближеине слабого сигнала). Теперь мы обратимся к решениям (3.61) и (3,62), с учетом членов, содержащих затухание, используя, как и ранее, предположение о слабом взаимодействии излучения с атомом. Развиваемый подход будет несколько отличаться от изложенного в п. 3.3. Однако он дает представление о методике, используемой в лэлгбовской теории (гл. 9) взаимодействия между полем излучения в резонаторе и активной средой лазера. В частности, здесь мы проанализируем влияние двухуровневой атомной системы на монохроматическое поле излучения. [c.86]

В заключение отметим, что в этом пункте, посвященном прн-бли Лченпю первого порядка в теории Лэмба, мы ознакомились с методом решения некоторых уравнений, описываюш.их поле в резонаторе и активную среду. Предсказания теории в этом при-блп ксиии, однако, применимы лишь к пороговым условиям и поэтому для того, чтобы описать надпороговый режим, а также эффекты насыш,ения, нам следует рассмотреть приближения более высокого порядка. [c.243]

Селективный резонатор — это резонатор, внутри кото-poro наряду с активной средой находится спектрально-селективный элемент. В качестве таких элементов используют спектральные светофильтры, интерферометры Фабри—Перо, дисперсионные призмы, дифракционные решетки. [c.39]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...