Условие лазерной генерации

Условие лазерной генерации [c.36]

С ПОМОЩЬЮ формул, полученных выше, можно сразу получить пороговое условие лазерной генерации. Лазер начинает генерировать, если число фотонов п нарастает экспоненциально. Это выполняется, если правая часть равенства (2.1), где мы пренебрежем вкладом спонтанного излучения положительна. При под- [c.39]

Причем член mq, отвечающий ускорению, очень мал. В правой части равенства стоит сила, действующая на частицу, которая представляет собой сумму величины К [q), соответствующей силе в полуклассическом случае, и флуктуационной силы F (i). Как мы уже видели в разд. 6.3, решения уравнения (10.83) существенно зависят от того, выполняется ли условие лазерной генерации. Эти два разных случая мы рассмотрим отдельно. [c.264]

Как было показано в гл. 1 (1.59), создание инверсии требует малой заселенности нижнего лазерного уровня. В условиях отсутствия генерации нижние уровни СОг находятся в тепловом равновесии с основным. Их относительная заселенность со ехр (— ёюо/kTr) при типичных условиях (температура газа 7 г 500 К) составляет всего лишь 10 " . Для поддержания стационарной [c.120]

После того как мы вычислили Ni, эволюцию системы во времени после включения добротности (т. е. при > 0) можно описать уравнением (5.18) с начальными условиями N 0)=Ni и q 0)=qi. Здесь вновь —небольшое число фотонов, необходимое для того, чтобы началась лазерная генерация. Впрочем, уравнения можно существенно упростить, поскольку мы ожидаем, что изменения во времени величин N t) и q t) происходят за столь короткие промежутки времени, что в уравнении (5.18а) можно пренебречь членом Wp Nt — N), отвечающим за накачку, и членом N/т, отвечающим за релаксацию. Тогда уравнения (5.18) сводятся к следующим [c.297]

Вероятность этих двух процессов очень большая, поскольку АЕ и АЕ много меньше кТ. Следовательно, населенности трех уровней 10 0, 02°0 и 01 О достигают теплового равновесия за очень короткое время. Это равносильно утверждению, что населенности этих уровней можно описать колебательной температурой Т2. В общем случае температура Гг отличается от Г]. Поэтому нам остается найти скорость релаксации с уровня 01 О на основное состояние 00 0. Если бы она была небольшой, то это вызвало бы накопление молекул на уровне 01 О во время генерации лазера, а затем накопление населенности на уровнях 10 0 и 02 0, поскольку уровень 01 О находится с последними в тепловом равновесии. Таким образом, произошло бы замедление процесса релаксации всех трех уровней, т. е. в общем процессе релаксации переход 01 0 00 0 представлял бы собой узкое место . В связи с этим важно изучить вопрос о времени жизни уровня 01 0. Заметим, что, поскольку переход 01 0 00 0 обладает наименьшей энергией среди всех молекул, присутствующих в разряде, релаксация с уровня 01 О может происходить только путем передачи этой энергии в энергию поступательного движения сталкивающихся частиц (VT-релаксация). Из теории столкновений нам известно, что энергия с большей вероятностью передается более легким атомам, т. е. в нашем случае гелию. Это означает, что время жизни уровня снова определяется выражением типа (6.7), причем коэффициент а, для Не много больше, чем для остальных частиц. При тех же парциальных давлениях, что и в рассмотренном выше примере, время жизни составляет около 20 МКС. Из только что проведенного обсуждения следует, что это же значение времени жизни имеет и нижний лазерный уровень. За счет того, что время жизни верхнего лазерного состояния намного больше, населенность будет накапливаться на верхнем лазерном уровне и условие непрерывной генерации также выполняется. Заметим, что наличие гелия приводит и к другому важному эффекту за счет своей высокой теплопроводности гелий способствует поддержанию низкой температуры СО2 [c.364]

Принцип действия. Для осуществления лазерной генерации в режиме самовозбуждения необходимо, как известно, обеспечить 1) амплитудное условие генерации, т.е. создать усиление в активной среде, достаточное для компенсации всех видов потерь 2) фазовое условие генерации, т.е. реализовать положительную обратную связь за счет использования оптических резонаторов либо самопроизвольно записывающихся объемных фазовых решеток в нелинейной среде 3) затравочное шумовое излучение, из которого развивается генерация. В традиционных лазерах усиление возникает в процессах вынужденного излучения в активной среде с инверсной населенностью. При пороговом значении накачки усиление света компенсирует его потери [c.9]

Генерация лазерного излучения начинается лишь тогда, когда передаваемая в резонаторе за цикл энергия от активной среды в световой поток начинает превосходить суммарные потери светового потока в резонаторе, включая энергию, уносимую лазерным излучением. Количественно начало генерации лазерного излучения характеризуется условием порога генерации. [c.312]

Непрерывные и импульсные лазеры. Создание инверсной заселенности уровней называется накачкой. Накачка лазеров может быть самой разнообразной и будет рассмотрена в связи с конкретными типами лазеров. По характеру зависимости накачки от времени она может быть непрерывной и импульсной. Если накачка осуществляется импульсами, то и излучение лазера импульсное. После начала импульса накачки начинает изменяться заселенность уровней. Когда достигаются условия порога генерации (52.4), начинается испускание лазерного излучения (рис. 211). [c.314]

Лазерный пучок от рубинового стержня из-за расхождения обеспечивает условия когерентной генерации только до толщины кристалла KDP около 5 мм. [c.212]

Суть метода модуляции добротности заключается в следующем. Если убрать одно из зеркал, то фотоны будут иметь очень короткое время жизни в активной среде. Даже при очень интенсивной накачке пороговое условие генерации не может быть выполнено и лазер генерировать не будет. Поскольку в процессе лазерной генерации инверсия падает, в отсутствие зеркала можно достичь очень большой инверсии, пока нет генерации. Если затем резко поставить зеркало в его правильное положение, начнется генерация с с очень большой начальной инверсией. Так как в уравнении (4.12) разность 0 Х —2 и очень велика, можно ожидать экспоненциального лавинообразного нарастания числа фотонов п, т. е. должен испускаться гигантский импульс. Энергия в импульсе и его ширина будут ограничены, согласно (4.11), большим числом фотонов п в последнем члене этого уравнения, который уменьшает инверсию. Этим в соответствии с (4.12) будет замедляться увеличение числа [c.88]

Уравнения (8.10) описывают по меньшей мере две неустойчивости, которые были найдены в лазерах и в гидродинамике независимо. При Л <0 (г<1) нет лазерной генерации (жидкость в покое), а при Л > О (г > 1) устанавливается лазерная генерация (конвективное движение) с устойчивыми, не зависящими от времени значениями I, т], С. Кроме этой хорошо известной неустойчивости возникает новая, если выполняются условия [c.209]

Атомная инверсия есть разность населённостей двух атомных уровней. Позтому она играет важную роль в теории лазера. Если величина X положительна, атом с большей вероятностью находится в возбуждённом состоянии, чем в основном. Для ансамбля атомов это означает, что большее число атомов будет в возбуждённом, а не в основном состоянии. Это есть обычное условие возникновения лазерной генерации. Однако недавно были предложены лазеры без инверсии. К вопросу об инверсии мы еш,ё вернёмся в гл. 18. [c.495]

Начальное значение нормированного числа фотонов в резонаторе найдем, полагая для определенности, что лазерная генерация начинается с нескольких (в пределе — единственного) фотонов внутри резонатора, которые, размножаясь через многократные акты вынужденного излучения, дают начало фотонной лавине. Мы увидим в дальнейшем, что конкретное число стартовых фотонов не оказывает заметного влияния на конечный результат работы лазера. Имея в виду типичное значение стационарной плотности фотонов в резонаторе работающего лазера 10 см" и принимая начальное значение 1—10 см" , находим второе начальное условие для системы (1.2.2) [c.24]

Оценим основные характеристики этого режима, снова обратившись к системе кинетических уравнений лазерной генерации (1.2.2). Будем считать, что время жизни фотона в резонаторе Тс, входящее в (1.2.2), относится уже ко второму, высокодобротному резонатору. При этом начальные условия, разумеется, отличаются от (1.2.3), (1.2.4). При Г = О разность населенностей имеет значение [c.31]

При быстром адиабатическом) расширении плотной плазмы, предварительно нагретой электрическим разрядом, происходит охлаждение среды, что и обеспечивает благоприятные условия для рекомбинации. На стационарно вытекающей из узкой щели или сопла плазменной струе можно при определенных условиях получить непрерывную лазерную генерацию. [c.83]

И спектр сужается, как показано на рис. 3.8.12,6. В легированном 51 сильно компенсированном активном слое инжектированные электроны продолжают заполнять состояния в хвосте зоны проводимости и тем самым сдвигают пик интенсивности излучения в сторону более высоких энергий [28], что хорошо видно нз сравнения рис. 3.8.12, а и б. На рис. 3.8. 2, б показано, как непосредственно за порогом /пор в спектре суперлюминесценции возникает очень узкая линия излучения. На рис. 3.8.12, з приведен спектр лазерной генерации в увеличенном масштабе по энергии. Показанные на нем линии излучения являются продольными модами, удовлетворяющими фазовому условию [c.210]

Рассогласование резонатора. Этот способ предполагает, что одно из зеркал (или отражательная призма) резонатора приводится в быстрое вращение. Большую часть периода вращения резонатор рассогласован и только в определенном поло-л<ении на мгновение возникает согласование резонатора и создаются условия для лазерной генерации. [c.186]

При использовании дифракционной решетки на месте одного из зеркал резонатора можно осуществить некоторую перестройку длины волны лазера. При нормальных условиях работы (т. е. при давлениях, не превышающих 102 Па) поворот решетки приводит к перескоку лазерной генерации с одной [c.209]

При нормальных условиях (имеет место флюоресценция) триплетное поглощение (переход Т - Т2) пренебрежимо мало ввиду малой населенности подуровней состояния Г). Если краситель подвергается интенсивной оптической накачке, необходимой для лазерной генерации, синглет-триплетный переход может привести к заметной населенности состояния Т и возрастанию соответствующего триплетного поглощения. Факти- [c.217]

Рис. 5.33 К условиям возникновения лазерной генерации на небольшой части кривой флюоресценции.

Принцип работы лазера в режиме модуляции добротности состоит в следующем. Допустим, что внутрь оптического резонатора помещен затвор. Если затвор закрыт, то генерация не возникает и, следовательно, инверсия населенности может достигнуть очень высокого значения. При достаточной мощности накачки на метастабиль-ном уровне можно накопить почти все частицы активного вещества. Однако условие генерации выполняться не будет, так как потери резонатора слишком велики. Если быстро открыть затвор, то усиление в лазере будет существенно превышать потери и накопленная энергия выделится в виде короткого интенсивного импульса света. Поскольку в данном случае добротность резонатора изменяется от низких до высоких значений, то такой режим называется режимом модуляции добротности резонатора. При быстром открывании затвора (за время, которое короче времени развития лазерного импульса) выходное излучение состоит из одного гигантского импульса. При медленном же открывании затвора может генерироваться много импульсов. [c.283]

Отличительной чертой всех полупроводниковых лазерных материалов, в том числе и арсенида галлия, является очень высокий по сравнению с другими лазерными материалами (кристаллы, стекла, жидкости, газы) коэффициент усиления электромагнитного излучения. Благодаря этому удается выполнить условие генерации для миниатюрных полупроводниковых образцов. Типичный лазер на арсениде галлия показан на рис. 35.24, а. Для получения генерации две противоположные поверхности полупроводника полируют и делают плоскопараллельными, а две другие оставляют грубо обработанными, чтобы предотвратить генерацию в нежелательных направлениях. Обычно обе отражающие поверхности не имеют отражающих покрытий, так как показатель преломления полупроводника достаточно большой и от полированных торцов отражается примерно 35 % падающего излучения. Активная область представляет собой слой толщиной около 1 мкм, т. е. немного больше запирающего слоя (примерно 0,2 мкм). В свою очередь поперечные размеры лазерного пучка гораздо больше (около 40 мкм) толщины активной области (рис. 35.24, б). Следовательно, лазерный пучок занимает довольно большое пространство в р- и п-областях. Однако поскольку поперечные размеры пучка все же относительно невелики, выходное излучение имеет большую расходимость (несколько градусов). [c.297]

Генерация оптических гармоник эс[х )ективно осуш,е-ствляется только для лазерного излучения. Здесь важна уже подчеркивавшаяся выше когерентность излучения, так как именно благодаря ей возможна сильная концентрация световой мощности в определенном направлении в пространстве и с определенной частотой. Обратим внимание в связи с этим на то, что условие синхронизма относится всякий раз к определенной частоте и определенным направлениям распространения света в данном кристалле. [c.235]

Скоростные у равнения жт чисел фотонов и заселенностей атомных уравнений. Эти уравнения позволяют проанализировать следующие вопросы условие лазерной генерации, распределение интенсивности по модам, одномодовый режим работы лазера, многомодовый режим (одновременная генерация и кон-куреиция мод), каскадная генерация, режим модулированной добротности, релаксационные колебания. [c.34]

Условие инверсии может быть выполнено для фотонов В нек-рой спектральной полосе (рис. 4). Для получения э кта лазерной генерации оптнч. усиление должно компенсировать все потери потока фотонов в преде- лах лазерного резонатора, образуемого обычно собственно активной средой и зеркальвы.ми плоскостями. [c.53]

Если данное неравенство не выполняется, то работа лазера возможна в импульсном режиме лишь при условии, что длительность импульса накачки короче времени жизни верхнего уровня или сравнима с ним Возникнув, лазерная генерация будет продолжаться до тех пор, пока число атомов, накопившихся на нижнем уровне, не станет достаточным для снятия инверсии населенностей. Поэтому такие лазеры называются лазерами наса-моограниченных переходах. [c.246]

Из представленного выше рассмотрения ясно, что генерация в С02-лазере может осуществляться на переходе либо (00° 1) (10 0) (Я =10,6 мкм), либо (00 Ч) (02 >0) (Я = 9,6 мкм). Поскольку сечение первого перехода больше, а верхний уровень один и тот же, генерация, как правило, происходит на переходе 00°1 10°0. Для получения генерации на линии 9,6 мкм в резонатор для подавления генерации на линии с наибольшим усилением помещается соответствующее частотно-селективное устройство (часто применяется система, изображенная на рис. 5.4,6). До сих пор в нашем обсуждении мы пренебрегали тем фактом, что как верхний, так и нижний лазерный уровни на самом деле состоят из многих близко расположенных вращательных уровней. Соответственно и лазерный переход может состоять из нескольких равноотстоящих колебательно-вращательных переходов, принадлежащих Р- или / -ветвям (см. рис. 2.28), причем Р-ветвь дает наибольшее лазерное усиление. Для полноты картины следует также учесть тот факт, что благодаря больцманов-скому распределению населенности между вращательными уровнями наибольшую населенность имеет вращательный уровень /" = 21 верхнего 00°1 состояния (рис. 6.16)На самом деле генерация фактически будет происходить на колебательно-вращательном переходе с наибольшим усилением, т. е. начинающемся с самого населенного уровня. Это происходит потому, что скорость термализации вращательных уровней в С02-лазере [ 10 с- -(мм рт. ст.)- ] больше, чем скорость уменьшения населенности (за счет спонтанного и вынужденного излучения) того вращательного уровня, с которого происходит лазерная генерация. Поэтому в генерации лазера на вращательном переходе с максимальным усилением будет принимать участие полная населенность всех вращательных уровней. Следовательно, подытоживая наше обсуждение, можно сказать, что генерация в СО2-лазере при нормальных условиях возникает на линии Р (22) [т. е. (/ = 21) (/" = 22)] перехода (00 1) (10 0). Другиели-нии того же самого перехода, а также линии, принадлежащие [c.365]

Лазеры на красителе работают либо в импульсном, либо, если выполняется условие (6.19), в непрерывном режиме. Лазерная генерация в импульсном режиме получена на большом числе различных красителей, причем для накачки применялись как импульсная лампа с коротким импульсом (при длительности переднего фронта <С 1 мкс), так и лазер, генерирующий короткие световые импульсы. В обоих случаях короткие импульсы необходимы для того, чтобы обеспечить генерацию до того, как в триплетном состоянии накопится существенная населенность, и до появления градиентов показателя преломления в жидкости. При накачке импульсной лампой можно применять эллиптический осветитель или осветитель с плотной упаковкой (см. рис. 3.1,6 и в). Чтобы обеспечить лучшую однородность накачки, а отсюда и более симметричные градиенты показателя преломления, применяют также и спиральные лампы в конфигурации, аналогичной рис. 3.1, а. Для лазерной накачки часто применяют азотный лазер, УФ-излучение которого подходит для накачки многих красителей, генерирующих в видимой области спектра. Для получения больших энергий и средних выходных мощностей для накачки УФ-излучением все чаще применяют более эффективные эксимерные лазеры (в частности, KrF и XeF), в то время как для красителей с длиной волны излучения более чем 550—600 нм предпочитают использовать вторую гармонику Nd YAG-лазера в режиме модуляции добротности (Х = 532нм), а также зеленое или желтое излучение лазера на парах меди, [c.393]

Одним из неожиданных и еще не до конца понятых эффектов в лазерах на смещении волн оказалось самосвипирование частоты излучения гибридных лазеров на красителях с пассивным обращающим зеркалом. Впервые отмеченное в [10], оно затем было воспроизведено и исследовано в разных вариантах лазеров на красителях [11, 15, 27, 29]. Самосвипирование было получено и в полупроводниковом лазере с внешним резонатором, содержащим ФРК-лазер с петлей накачки [30]. Во всех работах нелинейной средой служил кристалл BaTiOa. Эти работы послужили толчком к тщательному экспериментальному и теоретическому изучению условий невырожденной генерации на смешении волн [29—34]. Очевидна прикладная ценность эффекта, и прежде всего для лазерной спектроскопии сверхвысокого разрещения, так как перестройка спектра накачки возможна с шагом дискретности до 1 Гц в диапазоне свыше 10 Гц. [c.207]

Величину этого члена можно оценить как 7/Апор, где Л ор значение параметра накачки на пороге лазерной генерации [33]. Поскольку величина первого члена в правой части уравнения (7.4.52) может быть оценена как тах 7 ,7ц , то приближение (7.4.54) вполне оправдано при условии, что пор l/l II Это условие выполняется, если число активных атомов в резонаторе не слишком [c.135]

Генерация в лазере с атмосферным резонатором г=160 м устойчиво осуществлялась, в том числе в условиях пониженной метеорологической дальности видимости 5м = 250ч-300 м во время осадков, если мощность накачки активного элемента в 3—4 раза превышала пороговую (для лазера с коротким резонатором). Регистрируемый интегральный за время импульса спектр излучения практически для всех метеоусловий оставался гладким с полушириной 0,5—0,65 см- . Наличие на измерительной трассе селективных потерь приводило к образованию п ровала в спектре лазерной генерации. Исследования показали, что наибольшая относительная глубина выжигаемого провала достигается при небольших превышениях над порогом мощности накачки (g 1,1), что согласуется с результатами теории. Увеличение спектральной ширины селективных атмосферных потерь приводило к возрастанию общей ширины контура линии лазерной генерации. [c.218]

Достигнутая точность высокочувствительных измерений интегрального по трассе содержания Н2О с использованием в качестве репера линии поглощения О2 составила в среднем 85 % [13, 23]. Принципиальные возможности повышения точности измерений с помощью ЛП-лидара связаны с использованием в качестве внутреннего репера расположенных в пределах контура лазерной генерации линий поглощения специально подобранных сортов и давлений газов или изотопов исследуемых газов, напускаемых в кювету. При этом устраняются погрешности измерений, обусловленные невоспроизводимостью кинетики пичковой генерации и условий на трассе распространения в единичных лазерных пусках. [c.219]

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]

При создании определенного количества химически активных центров этот цепной процесс может стать достаточно быстрым, так что будет обеспечено условие возникновения генерации на переходах в молекулах НР. Поскольку упомянутое определенное количество химически активных центров сохраняется (воспроизводится) в цепном процессе, появляется возможность за счет многократного использования некоторого количества воспроизвсдимых химически активных центров вовлечь в реакцию огромное число молекул На и Ра и создать тем самым много лазерно активных центров НР. В этом случае можно превратить в когерентное оптическое излучение настолько большой запас химической энергии, содержащейся в смеси Ра + На, что он [c.70]

В 2 настоящей главы коэффициент поглощения определен как разность между скоростями переходов вверх и вниз, деленная на ноток фотонов. Поэтому положительные значения а(Е) означают, что в целом происходит поглощение излучения, в то время как отрицательные значения а(Е) говорят о том, что скорость вынужденного излучения превосходит скорость поглощения. Отрицательный коэффициент поглощения а(Е) называется коэффициентом усиления (Е). Условие, необходимое для того, чтобы скорость вынужденного излучения превышала скорость поглощения, выражается соотноп1ением (3.2.31). Оно требует, чтобы энергетический зазор между квазиуровнями Ферми был больше энергии излучаемых фотонов. Для достижения лазерной генерации нужно, чтобы усиление превосходило потери в приборе, такие, как поглощение на свободных носителях, рассеяние, излучение через зеркальные грани. Условия, определяющие порог геперации, рассматриваются в следующем Параграфе. [c.189]

Из выражения (5.28) следует, что / обладает сингулярностью, если оановременно выполняются следующие условия и М = пл., где п=, 2,. .., оо. Условия возникновения сингулярности как раз являются условиями возникновения лазерной генерации, причем эти два условия должны выполняться одновременно. Первое условие эквивалентно (5.15)—(5.16) и означает, что эффективный коэффициент усиления среды за проход должен быть равен коэффициенту потерь резонатора. Это условие также приводит к критическому значению Л с (5.19). Второе условие означает, что лазерная генерация ограничивается резонансными частотами п плоскопараллельного резонатора, а именно [c.173]

Таким образом, лазерная генерация возможна только на тех частотах, которые удовлетворяют двум условиям а( >)/ 7( и v = пс/2/. В этом легко бедиться, если обратиться к рис. 5.5, на котором представлены зависимости коэффициентов усиления среды и потерь резонатора от частоты. Согласно рис. 5.5, лазерная генерация возможна только в трех модах резонатора (п — 1, п и л1), поскольку, если исходить из того, что представлено на рис. 5.5, условиям (5.16) и (5.29) удовлетворяют только частоты V,, и v + . [c.173]

В табл. 34.3 представлены длины волн и рабочие температуры генерации лазерных диэлектрических кристаллических систем. Лазерные системы разделены по активаторным (лазерным) ионам. Кристаллические матрицы перечисляются в алфавитном порядке. Если в кристалл добавляется сенсибилизатор, то обозначение соответствующего иона и его концентрация указываются в первой колонке через двоеточие при условии, что концентрация сенсибилизатора близка к содержанию активатора. Иногда сенсибилизирующее действие оказывают ионы, входящие в структуру самой матрицы-основы. Например, формула кристалла LiYp4, содержащего примерно равные доли У и Ег, в таблице записана [c.924]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...