Лазерные резонаторы

Голографические дифракционные решетки используют в лазерной технике. Введенные в лазерный резонатор они служат хорошими селекторами длин волн излучения лазеров. В последнее время такие решетки находят широкое применение в интегральной оптике в качестве. элементов связи, обеспечивающих введение световых волн в тонкопленочные волноводы. [c.65]

Лазерный резонатор состоит из двух зеркал с коэффициентами отражения / 2 = 1 и / 1 = 0,5. Длина активной среды I = 7,5 см, а сечение перехода а = 3,5-lQ- см . Вычислите пороговую инверсию населенностей. [c.24]

В отличие от резонаторов, применяемых в устройствах СВЧ-диапазона, лазерные резонаторы характеризуются следующими двумя главными особенностями I) они, как правило, являются открытыми, т. е. не имеют боковой поверхности, и 2) их размеры намного превышают длину волны лазерной генерации. Поскольку длина волны лазера простирается от долей микрометра до нескольких десятков микрометров, лазерный резонатор с размерами, сравнимыми с этими длинами волн, имел бы слишком низкий коэффициент усиления, чтобы могла возникнуть лазерная генерация. Упомянутые выше две особенности оптического резонатора оказывают значительное влияние на его характеристики. Например, то, что резонатор является открытым, приводит к неизбежным потерям для любой моды резонатора. Эти потери обусловлены дифракцией электромагнитного поля, вследствие чего часть энергии покидает резонатор. Поэтому такие потери называются дифракционными. Таким образом, строго говоря, определение моды в смысле (4.1) нельзя применить к открытому оптическому резонатору, и в таком резонаторе не существует истинных мод (т. е. стационарных конфигураций). Однако в дальнейшем мы увидим, что в открытых резонаторах в действительности существуют конфигурации типа стоячих электромагнитных волн, имеющие очень небольшие потери. Поэтому мы будем определять моду (иногда [c.160]

Наиболее широко применяемые лазерные резонаторы имеют либо плоские, либо сферические зеркала прямоугольной (чаш,е круглой) формы, расположенные на некотором расстоянии L друг от друга. Величина L обычно составляет от нескольких [c.161]

Хотя во многих лазерах с пассивной синхронизацией мод применяются быстрые насыщающиеся поглотители, в некоторых условиях синхронизацию мод могут обеспечить также медленные насыщающиеся поглотители. Это возможно, когда энергия насыщения усиливающей среды сравнима с энергией насыщения поглотителя, хотя и несколько превышает ее. К синхронизации мод в этом случае приводят весьма тонкие физические явления [28], которые мы опишем с помощью рис. 5.45. Для простоты предположим, что как насыщающийся поглотитель, так и активная среда помещены вместе в одну и ту же кювету на одном из концов лазерного резонатора. Будем считать, что до появления импульса потери преобладают над усилением, поэтому участок переднего фронта импульса испытывает ослабление. С некоторого момента времени в течение переднего фронта импульса, когда накопленная плотность энергии импульса станет сравни- [c.318]

В качестве второго примера распространения пространственно-когерентного пучка рассмотрим гауссов пучок (ТЕМоо), который можно получить с помощью устойчивого лазерного резонатора со сферическими зеркалами. Если ivo — размер пятна в перетяжке пучка, то размер пучка w и радиус кривизны Р волновой поверхности на расстоянии z от положения перетяжки можно найти, воспользовавшись соотношениями (4.105) и (4.106). [c.460]

После общих замечаний о пучке с частичной пространственной когерентностью мы можем перейти к рассмотрению особенно важного случая лазерной генерации на многих поперечных модах. Таким образом, мы рассмотрим устойчивый лазерный резонатор, в котором поперечный размер 2а активной лазерной среды значительно больше размера пятна моды ТЕМоо, распространяющейся внутри этой среды. Соответствующими примерами могут быть непрерывный или импульсный твердотельные лазеры, поэтому мы можем обратиться к случаю, показанному на рис. 5.14. Однако последующее рассмотрение применимо вообще к любому многомодовому лазеру с устойчивым резонатором. Для простоты предположим, что размер пятна w в среде приблизительно равен размеру пятна Wq в перетяжке пучка. Поскольку радиус а существенно больше, чем Шо, следует ожидать, что будет возбуждено много поперечных мод, которые заполнят поперечное сечение лазерной среды. Предполагается, что возбуждаемая мода высшего порядка ограничена до размера, который незначительно обрезается апертурой среды. Поперечные индексы этой моды можно найти из рис. 7.7, если известны максимально допустимые потери возбуждаемой моды. Предположим, например, что эти потери равны 10 %, тогда 90 % мощности этой моды высшего порядка должно проходить через лазерную апертуру. В этом случае эффективный размер пятна ш/, т в соответствии с определением, данным в предыдущем разделе, должен быть равен радиусу а среды, т. е. wt, т = а. С помощью выражения (7.49) получаем [c.464]

Покажите, что резонансные частоты лазерного резонатора, в котором одно из зеркал заменяется фазово-сопряженным зеркалом, не зависят от расстояния между зеркалами. [c.606]

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]

Переход к рассмотрению особенностей реальных лазерных резонаторов заставляет нас тщательнее относиться к отбору подлежащих изложению сведений здесь особенно легко перейти ту границу, за которой все большая детализация становится совершенно бесполезной. [c.132]

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]

Эффективность преобразования энергии возбуждения в лазерных резонаторах [c.188]

Огромное увеличение интенсивности — генерацию гигантского оптического импульса — можно получить, управляя с помощью механического или электрооптического затвора добротностью лазерного резонатора с относительно долгоживущими возбужденными состояниями активной среды (рис. В.2а, б). Длительность гигантского [c.12]

Степень деполяризации пучка для элементов с ориентацией [III] не зависит от направления поляризации падающего пучка относительно кристаллографических осей и нарастает по мере удаления от центра элемента. Степень деполяризации пучка для элементов с ориентацией [001] существенно зависит от ориентации поляризации относительно кристаллографических осей. Минимальная деполяризация наблюдается, как следует из (1.32),, (1.33), при направлении поляризации вдоль кристаллографических осей элемента, максимальная деполяризация — под углом 45° к осям. Поэтому при установке элемента внутрь лазерного резонатора, содержащего поляризующие устройства, необходимо ориентировать активный элемент вокруг своей оси с учетом этой закономерности. На практике, даже в холодном состоянии активные элементы при наблюдении коноскопической картины часто проявляют розочку деполяризации, одинаково ориентированную с розочкой в нагретом состоянии [39]. Данное обстоятельство объясняется наличием в элементах остаточной деформации кристаллической решетки, возникающей в процессе выращивания элементов, когда они подвергаются тепловому воздействию. Этот факт позволяет упростить методику ориентации активного элемента на минимум деполяризации, используя еще не работающий лазер с выключенными накачкой и охлаждением. [c.46]

Экспериментальное исследование зависимости дифракционной эффективности сфокусированных голограмм от размера помещенной в лазерный резонатор диафрагмы, регулирующей модовый состав излучения при регистрации, проводилось в [117] с использованием He-Ne лазера. Измере- [c.53]

Накачка лазерного стержня диаметром 6—10 мм, помещенного в типовой лазерный резонатор длиной 50—100 см, вызовет большое число поперечных мод, которые генерируют одновременно по диаметру стержня. Поскольку частоты генерации поперечных мод не связаны друг с другом, пространственная когерентность выходного излучения оказывается очень низкой. За счет введения в резонатор апертуры диаметром около 2 мм лазер можно заставить работать в режиме ТЕМоо моды. Работа лазера в одномодовом режиме приводит к гауссову распределению интенсивности по поперечному сечению пучка и однофазному волновому фронту. [c.279]

В другом типе этой группы химических лазеров осуществляется продув газа через резонатор со скоростями, близкими к звуковым. Представителем такого типа ОКГ является лазер на фтористом водороде. Атомы фтора в этом лазере образуются при электрическом разряде в смеси N2—Не—SF . Азот увеличивает напряжение на разрядной трубке, что необходимо для разложения молекулы SFfl. Гелий уменьшает температуру смеси. Атомы фтора поступают в прямоугольный канал со скоростью потока 40 m- 1. Ось лазерного резонатора ориентирована поперек потока. Атомы фтора вступают в реакцию с водородом, который подается через соответствующее отверстие в поток атомов фтора при входе в резонатор F + На HF + Н HF является активной лазерной молекулой, на переходах которой осуществляется генерация в диапазоне длин волн 2,6—3,5 мкм. [c.67]

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]

Дтр примерно равна обратной ширине линии генерации Avren. Этот результат нетрудно понять, если вспомнить, что временное поведение каждого импульса есть просто фурье-образ его частотного спектра. Отсюда видно, что, поскольку ширина линии генерации AvreH может быть порядка ширины линии усиления Avo, то можно надеяться, что синхронизация мод в твердотельных или полупроводниковых лазерах позволит генерировать очень короткие импульсы (до нескольких пикосекунд). В лазерах на красителе ширина линии усиления в сотни раз превышает эту величину в твердотельных лазерах, что дает возможность получать в этих лазерах и уже действительно были получены значительно более короткие импульсы (до приблизительно 30 фс). В газовых же лазерах ширина линии усиления намного уже (до нескольких гигагерц) и поэтому генерируются относительно длинные импульсы (до 100 пс). А теперь вспомним, что два последовательных импульса разделены временным промежутком тр, определяемым выражением (5.111). Поскольку Ди = = 2nS.v = n /L, где L —длина резонатора, мы имеем xp = 2L , что в точности равно времени полного прохода резонатора. Следовательно, внутри лазерного резонатора генерация будет иметь вид сверхкороткого импульса длительностью Дтр, определяемой выражением (5.112), который распространяется вперед и назад по резонатору. В самом деле, в этом случае пучок на выходе из какого-либо зеркала представляет собой цуг импульсов, причем временной промежуток между двумя последовательными импульсами равен времени полного прохода резонатора. Характерные числовые значения подтверждают такое представление, поскольку пространственная протяженность Дг импульса длительностью, скажем, Дтр = 1 пс равна Дг = СоДт = 0,3 мм, т. е. много меньше типичной длины резонатора лазера. [c.309]

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]

Особенности поведения резонаторов оптического диапазона связаны отчасти с тем, что размеры такого резонатора обычно во много раз пре-вьпиают длину волны, и отчасти с тем, что лазерные резонаторы не являются пустыми - внутри них находится активная среда, что в корне меняет механизм возбуждения колебаний. Сочетание этих обстоятельств привело к тому, что теория оптических резонаторов выделилась во вполне самостоятельную научную дисциплину. Знание основных ее положений необходимо не только при разработке лазеров, но и при их использовании изменение настройки резонатора или введение в него дополнительных элементов являются наиболее удобными и эффективными, а часто и единственно возможными способами варьирования характеристик излучения в самых широких пределах. [c.5]

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]

Таким образрм, границы между теорией реальных лазерных резонаторов и теорией лазеров носят условный характер. Это требует уточнения [c.131]

Из результатов всего рассмотрения следует важный вывод возможности обеспечения одномодовой генерации связаны с разностями потерь низших мод, расширяясь с их ростом. Здесь уместно напомнить, что в начале 60-х годов, исходя из неудачного применительно к лазерным резонаторам понятия о добротности (см. 2.1), ошибочно считали важными не разности дифракционных потерь, а их отношения. Поэтому предпочтение тогда отдавалось симметричным конфокальным резонаторагл однако в действительности последние, обладая минимальными потерями ( 2.3) и потому минимальными их разностями, являются, с точки зрения построения одно модов ых лазеров, одними из самых невыгодных. [c.185]

Рнс. в.2. Принципы]геиерации световых импульсов а — амплитудная модуля-цня в пассивной системе б — модуляция добротности лазерного резонатора в — синхронизация продольных мод в активном резонаторе г — фокусировка во времени, быстрая фазовая модуляция и компрессия [c.12]

Более точно необходимая инверсная на)с лен1н0сть определяется при рассмотрении потерь IB лазерном резонаторе, которые необходимо преодолеть в процессе генерации лазера (см. гл. 2). [c.19]

Составляющая П2к определяется эффектом теплового выпучивания торцов активного элемента, в результате которого поверхность торцов приобретает выпуклую форму, подобную обыч ной линзе. Выпучивание обусловлено неравномерностью прогрева элемента по сечению и соответственно неравномерным продольным расширением кристалла (вдоль его оси). Центр нагрева ется сильнее, чем края, и поэтому удлиняется больше, что и приводит к выпучиванию торцов. Проходя через такие торцы, световой пучок фокусируется. Эта фокусировка аналогична фокусировке пучка в среде с поперечным квадратичным распределением коэффициента преломления. Поэтому можно эффект выпучивания торцов описать в терминах эффективной квадратичной среды, что удобно для теоретических оценок тепловой линзы активного элемента и инженерных расчетов лазерного резонатора с таким элементом. Разность температур центра и края кристалла ДГ = Рал2/4/СаУа, вычисленная с помощью (1.18), соответствует разности теплового удлинения кристалла в центре и с краю [c.42]

Квантовые шумы. Квантовые шумы возникают из-за наличия спонтанных переходов возбужденных ионов с метастабильного уровня. В активной среде возникает спонтанное световое излучение, которое в отличие от генерируемого вынужденного излучения равномерно направлено во все стороны, имеет сплошной спектр а пределах линии усиления и случайным образом флуктуирующую-интенсивность. Определенная часть спонтанного излучения распространяется вдоль оси активной среды и попадает в телесный угол и частотный спектр полезного генерируемого лазерного излучения. Иными словами, в лазерном резонаторе за счет апонтанного-излучения наряду с источником вынужденного когерентного лазерного излучения (которым являются ионы, совершающие вынуж- [c.84]

Рис. 25. Графики зависимости степени временной когерентности от количества генерируемых мод (сплошные линии - теория) и относитепыюй эффективности от размеров диафрагмы лазерного резонатора (точки - эксперимент).

При голографической регистрации сфокусированных изображений среднее отношение интенсивностей предметной и опорной волн выбирается равным единице. Для малых областей сфокусированных голограмм, на которых дифрагировал при измерении Дифракционной эффективности узкий лазерный пучок, условие R = 1 вьшолняется с хорошей точностью. Условие os П =1 для линейно поляризованного лазерного излучения также легко вьшолнимо. Следовательно, приведенная на рис. 24 зависимость дифракционной эффективности от размеров диафрагмы лазерного резонатора, регулирующей модовый состав излучения, получена для случая, когда вид-ность интерференционных полос определяется только степенью временной когерентности этого излучения, т.е. F= Мт( ) I [c.55]

С этой огибающей (сплошная кривая) с достаточно высокой точностью совпадают экспериментальные точки (см. рис. 24) гра4 1ка зависимости нормированной к единице дифракционной эффективности от относителыю-го размера диафрагмы лазерного резонатора, определяющей количество генерируемых мод. За единицу принято максимальное значение дифракционной эффективности, досшгаемое в случае плоской амплитудной голограммы и равное, как известно, 6,25%. Масштабы двух совмещенных графиков подобраны на основе данных относительно предельного количества мод, генерируемых гелий-неоновыми лазерами. [c.56]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...