Усиление и эффекты насыщения

УСИЛЕНИЕ И ЭФФЕКТЫ НАСЫЩЕНИЯ [c.187]

ГЛ. 8. УСИЛЕНИЕ И ЭФФЕКТЫ НАСЫЩЕНИЯ [c.194]

Если усиление волны на длине Ь больше суммарных потерь, испытываемых волной при отражении от зеркал, то с каждым пробегом амплитуда волны будет увеличиваться все больше и больше. Усиление будет продолжаться до тех пор, пока плотность энергии н(ш) в этой волне не достигнет такого значения, при котором величина коэффициента усиления существенно уменьшится вследствие эффекта насыщения. Стационарное состояние соответствует, очевидно, условиям точной компенсации усиления в среде суммарными потерями энергии. Таким образом, эффект насыщения имеет принципиальное значение в вопросе о генерации излучения в лазерах. [c.780]

Если усиление в среде компенсирует потери при отражениях, т. е. г ехр [a(oj)L] = 1, то при выполнении интерференционного условия интенсивность обращается в бесконечность. Последнее означает бесконечную спектральную плотность излучения для частот, задаваемых (228.3), т. е. генерацию монохроматических излучений с указанными частотами. Полная же интенсивность определяется эффектом насыщения и находится из условия a( o)L = = —In г, что было уже выяснено в 225. [c.798]

Использование в оптическом эксперименте лазерных источников света привело к открытию ряда явлений, не совместимых с принципом линейности. Практически одновременно с созданием первых лазеров были обнаружены такие нелинейные оптические явления, как генерация гармоник, сложение и вычитание частот световых потоков, вынужденное комбинационное рассеяние света, двухфотонное поглощение. Было ясно также, что сам лазер — это оптическая система, в которой важную роль играет эффект насыщения усиления света активной средой. Все это стимулировало бурное развитие теоретических и экспериментальных исследований нелинейного взаимодействия света с веществом, разработку методов практического использования нелинейных оптических явлений в науке и технике и привело, в частности, к возникновению нелинейной оптики. [c.298]

Анализ этих результатов показывает, какую большую роль при усилении коротких импульсов играют когерентные эффекты, приводящие к модуляции огибающей импульса с частотой, равной 1/Та. Очевидной становится и роль задержки во времени между проходами импульса. Она позволяет каждый раз восстанавливаться коэффициенту усиления до значения, которое ненамного отличается от того, что было в среде до прохода. Большой интерес представляют также координатные зависимости а (рис. 2.20), на которых отчетливо видны эффект насыщения коэффициента усиления во время прохода через активную среду, и его восстанов- [c.83]

НИИ амплитуды входного сигнала. Если настройки регулятора выбраны исходя из небольших возмущений, то запас устойчивости системы регулирования с насыщением при больших возмущениях увеличивается. Нежелательность эффекта насыщения заключается в том, что максимальное отклонение и остаточная неравномерность, имеющие место при больших возмущениях, оказываются больше соответствующих значений, полученных в результате анализа линейной спстемы при малых возмущениях. Насыщение в большей степени присуще каскадным системам регулирования, чем простейшим одноконтурным системам, так как в первых общий коэффициент усиления обоих регуляторов может оказаться очень большим. [c.179]

Как следует и.з (10.125), средняя мощность шума уменьшается при возрастании мощности когерентного излучения генератора (т. е. при увеличении усиления в активной среде). Это уравнение таюке иллюстрирует влияние параметра насыщения Р чем сильнее проявляются эффекты насыщения в активном веществе, тем при заданном уровне когерентной мощности меньше средняя мощность шума. Из (10.121) мы видели, что ширина полосы шума уменьшается прп приближении к порогу снизу. Выше порога ширина полосы зависит от уровня когерентной мощности генератора и при превышении определенного уровня этой мощности ширина полосы становится пропорциональной ей. [c.305]

Вместе с тем нельзя забывать, что наличие усиливающей активной среды вносит определенную специфику в процесс формирования поля в резонаторе (см., например, [91). Прежде всего следует отметить конкуренцию мод, приводящую к перераспределению генерируемой мощности из одних мод в другие, о перераспределение может происходить как по шкале частот (между продольными модами) так и в пространстве (между поперечными модами). Активная среда обусловливает конкуренцию мод благодаря нелинейно-оптическому эффекту насыщения усиления. Насыщение усиления на определенных частотах может приводить к появлению провалов в профиле линии усиления эффект выгорания дыру). Насыщение усиления может приводить также к тому, что более добротными становятся не низшие, а высшие поперечные моды (моды с относительно большими значениями поперечных индексов). Остановимся на этом подробнее. [c.107]

Наряду с эффектом насыщения усиления следует учитывать и другие факторы, влияющие на формирование поля излучения в активном резонаторе. Так, например, дисперсия показателя преломления активной среды может приводить к так называемому эффекту затягивания частот [10], проявляющемуся в нарушении эквидистантности спектра резонансных частот резонансные частоты более плотно группируются вблизи центра линии усиления. Нагревание активной среды при поглощении излучения накачки приводит к изменению ее показателя преломления. В результате возникает так называемый эффект тепловой линзы. активный элемент действует на излучение внутри резонатора подобно собирающей либо рассеивающей линзе (см., например, [11]). [c.108]

Рисунки 2.80 и 2.81 хорошо иллюстрируют качественное различие между случаями неоднородного и однородного уширения. В случае неоднородного уширения при генерации одной моды используется лишь часть энергии, запасенной в инвертированной активной среде поэтому интенсивность генерируемой моды для неоднородно уширенной линии перехода заметно меньше, чем для однородно уширенной. Кроме того, следует помнить, что при однородном уширении эффект насыщения усиления препятствует возбуждению дополнительных продольных мод. [c.226]

В активной среде с инверсией населенностей эффект насыщения приводит к уменьшению коэффициента усиления при увеличении интенсивности света и тем самым к установлению стационарного режима генерации в лазерах. [c.279]

Содержащиеся в щелочной воде хлориды и сульфаты способствуют рассредоточению коррозии по поверхности стали, контактирующей с этими растворами. Однако польза от этого невелика, так как эти вещества при 40, 60, 80 и 90°С одновременно способствуют усилению общей коррозии. Влияние ионов S04 на развитие коррозии в щелочной воде, насыщенной кислородом, по коррозионному эффекту мало отличается от воздействия ионов h. [c.28]

Отношение интенсивностей У = J K )IJ2 K2) в конце первой части нелинейной фазы может быть найдено из (7.47), для чего надо исключить z K )- Для этого необходимо еще раз записать (7.47) для максимального импульса и разрешить относительно Z[. функцию распределения F (Y) в конце первой части нелинейной фазы мы получим, составляя обратную функцию Х = = Х (У, Pi) (что, впрочем, может быть сделано лишь приближенно) и подставляя ее в подынтегральное выражение (7.57). В течение второй части нелинейной фазы вследствие насыщения поглотителя, являющегося в этот период доминирующим эффектом, результирующее усиление быстро растет. В то же время оценки показывают, что изменение усиления, вызванное накачкой и снятием усиления, весьма мало. Поэтому в (7.11) можно приближенно положить а Спор, в результате чего получим уравнение [c.249]

Содержащиеся в щелочной воде хлориды и сульфаты способствуют рассредоточению коррозии по поверхности стали, контактирующей с этими растворами. Однако практическая польза от такого рассредоточения является кажущейся, так как эти вещества при температуре в пределах 40—90° С способствуют одновременному усилению общей, а в конечном счете и местной коррозии. Влияние ионов ЗО " на развитие коррозии в щелочной воде, насыщенной кислородом по конечному коррозионному эффекту, мало чем отличается от воздействия на металл ионов хлора. [c.332]

Содержание растворенного кислорода в поверхностных водах сравнительно мало меняется в течение года (8—14 мг/кг) и близко к равновесному содержанию при температуре воды в водоемах. Агрессивность нагретой воды оценивается по суммарному коррозионному эффекту, учитывающему совместное воздействие на сталь растворенного кислорода и углекислых соединений. Отрицательное значение индекса насыщения / свидетельствует о наличии в воде карбонат-ионов, которые способствуют протеканию кислородной коррозии. При высоких начальных содержаниях кислорода и отрицательном индексе насыщения увеличение абсолютного значения этого индекса характеризует усиление коррозии стали. [c.47]

Когда усиление за один проход превышает пороговую величину, насыщение среды может настолько сильно изменить распределение поля в резонаторе, что оно будет существенно отличаться от того, что мы имеем при генерации одной моды Ф . К аналогичному эффекту может привести и значительное пространственное изменение инверсии населенностей в объеме моды. В этом случае для вычисления поля в резонаторе полезно применить приближение медленноменяющейся амплитуды, рассмотренное в разд. 7.10.1. [c.552]

В этой формуле — частота моды 1, а Хо — ее потери (без модуляции потерь). Величина 0 описывает насыщенное усиление. Дополнительный член 2 описывает эффект синхронизации мод и зависит от того, какой механизм мы рассматриваем. Для различных механизмов мы будем использовать следующие выражения [c.177]

В веществах со спонтанной поляризацией имеются отдельные области (домены), в которых заряженные частицы располагаются несимметрично еще в отсутствие внешнего поля (подробнее см. 19). Однако при этом направление ориентации электрических моментов в разных доменах различно. Наложение внешнего поля способствует преимущественной ориентации электрических моментов доменов в направлении поля, что дает эффект очень сильной поляризации. В отличие от других видов поляризации, при некотором значении напряженности внешнего поля наступает насыщение, и дальнейшее усиление поля уже не вызывает возрастания интенсивности поляризации. [c.45]

Теоретическое исследование лазеров на красителях с пассивной синхронизацией мод было впервые выполнено Нью на основе скоростных уравнений [6.8, 6.9]. Он показал, что использование комбинированного действия насыщающегося поглощения и снижения усиления позволяет ускорить процесс укорочения импульса при надлежащем выборе параметров лазера, обеспечивающем подавление импульса на фронтах и усиление его пика. (Эту область параметров называют также статической зоной укорочения импульса.) Такой анализ не учитывал частотно-зависимых эффектов и эффектов ограничения полосы частот. Это не позволило описать стационарный режим и теоретически оценить достижимые длительности импульсов, их форму и т. д. (в приближении применения скоростных уравнений длительность импульса с ростом числа его проходов стремится к нулю). Простое аналитическое описание стационарного режима было сделано Хаусом. Он учел зависящее от частоты действие оптического фильтра [6.10], но одновременно использовал ряд приближений, такие, как малая (по сравнению с энергией насыщения усилителя и поглотителя) энергия импульсов и малые потери и усиление за один проход, что сильно ограничило область применимости полученного решения. В результате этого допустимые параметры лазера оказались заключенными в весьма малую область, не содержащую зачастую экспериментально реализуемых величин В дальнейшем изложении мы будем следовать одной из работ Хермана и Вайднера, в которой процесс синхронизации мод исследовался при более общих условиях и на энергию импульсов, потери и коэффициент усиления никаких ограничений не налагалось [6.11]. [c.189]

Усиление импульсов в насыщающемся усилителе. Каких эффектов следует ожидать при распространении импульса света по инвертированной среде Помимо эффекта собственно усиления импульса будет иметь место и обратное действие передней части импульса на усиливающую среду при достаточно большой мощности исходного импульса его передний фронт, усиливаясь за счет вынужденного излучения, будет снимать основную долю инверсии и тем самым ухудшать условия усиления для остальной части импульса. Таким образом, нужно ожидать эффектов насыщения усиления, которые будут проявляться в искажении формы импульса и в сложной (неэкспоненциальной) зависимости энергии выходного импульса от длины усиливающей среды. [c.37]

Профиль усиления в активной среде лазера при наличии однородного уширения описывается лоренцевской функцией (1.G). При предварительном обсуждении свойств оптического резонатора мы видели, что в нем существуют конфигурации поля с малыми Потерями (слабозатухающие моды резона гора), о предел яемыв граничными условиями. Когда усиление за проход в активном веществе для такой слабозатухающей моды превышает потери (иа зеркалах резонатора или обусловленные дифракцией), тогда энергия в этой моде будет возрастать до тех пор. пока эффекты < насыщения усилеиия>> пе иач [ут ограничивать ее величииу (мы [c.27]

Вопросы, которые следует рассмотреть в связи с расчето.м выходной мощности газового лазера, это — доплеровская ширина линии, уширеппе естественной)) линии под влиянием давления, эффекты насыщении усиления, потери в резонаторе и вопрос выведения излучения из пего. Начнем с уравиення (8.22) [c.203]

Перечисленные выше работы выполнялись в одномодовом режиме, в то время как авторы [21] использовали одновременную генерацию на двух аксиальных модах для измерения интепсивпо-сти в пих и частот биения. Оии сравнили результаты опытов с модифицированной теорией Лэмба, учитывающей эффекты соударений. В [22 — 24] наблюдалась модуляция выходной мощности одномодового генератора па длине волны неона 1,15 мкм, осуществлявшаяся модулированием либо потерь в резонаторе, либо процессов возбуждения. Используя подход Лэмба, авторы этих работ объясняют полученный эффект малым коэффициентом усиления и насыщением перехода. Для переходов 6328 А [25] и 1,15 мкм [26] в неоне измерены частоты биений на комбинационных тонах , которые предсказывает лэмбовская теория в третьем порядке ( 8). [c.228]

В веществах с самопроизвольной поляризацией имеются от- ,ельные области (домены), обладающие электрическим моментом F отсутствие внешнего поля. Однако при этом ориентация электрических моментов в разных доменах различна. Наложение внешнего голя способствует преимущественной ориентации электрических юментов доменов в направлении поля, что дает эффект очень сильной поляризации. В отличие от других видов поляризации при некотором значении напряженности внешнего поля наступает насыщение, и дальнейшее усиление поля уже не вызывает возрастания tHT H HBHO TH поляризации. Поэтому диэлектрическая проиицае-люсть при спонтанной поляризации зависит от напряженности электрического поля. В температурной зависимости е,. наблюдается один или несколько максимумов. В переменных электрических полях материалы с самопроизвольной поляризацией характеризуются значительным рассеянием энергии, т. е. выделением теплоты. [c.21]

Изменение строения двойного слоя, связанное с повышением общей концентрации электролита, приводит к уменьшению толщины двойного слоя и увеличивает, следовательно, градиент поля при постоянной величине электродного потенциала. По-видимому, с этим обстоятельством связан подбор опытным путем в качестве модельного электролита для ускоренных испытаний стали на коррозионное растрескивание насыщенного раствора Mg la [58]. Увеличение концентрации водного раствора HjSO монотонно снижает время до разрушения закаленной стали (см. рис. 58), хотя концентрационная зависимость скорости общей коррозии имеет два максимума. Это явление можно объяснить адсорбционным эффектом Ребиндера и усилением избирательности коррозии, т. е. локализацией растворения под действием напряжений. При максимальных напряжениях ниже предела текучести скорость общей коррозии [c.170]

Изменение строения двойного слоя, связанное с повышением общей концентрации электролита, приводит к уменьшению толщины двойного слоя и увеличивает, следовательно, градиент поля при постоянной величине электродного потенциала. По-видимому, с этим обстоятельством связан подбор опытным путем в качестве модельного электролита для ускоренных испытаний стали на коррозионное растрескивание насыщенного раствора Mg la [64]. Увеличение концентрации водного раствора H2SO4 монотонно снижает время до разрушения закаленной стали, хотя концентрационная зависимость скорости общей коррозии имеет два максимума. Это явление можно объяснить адсорбционным эффектом Ребиндера и усилением избирательности коррозии, т. е. локализацией растворения под действием напряжений. При максимальных напряжениях ниже предела текучести скорость общей коррозии высокопрочных сталей увеличивается всего в несколько раз [22], а коррозионное растрескивание наступает быстро, что обусловлено локализацией растворения напряженного металла. В опытах [132] с концентрированной серной кислотой поверхность стали не имела следов коррозии, хотя образцы растрескивались в течение нескольких минут. По-видимому, под влиянием одновременно действующих кислоты высокой концентрации и механических напряжений происходят локализация коррозии, адсорбционное понижение прочности (эффект Ре- биндера) и, следовательно, повышение склонности к коррозионному pa -f трескиванню. [c.172]

Поскольку измейение солености сопровождается, как правило, и другими эффектами, то суммарное влияние этих изменений на коррозионные процессы следует определять в каждом конкретном случае отдельно. Например, растворимость кислорода в воде Каспийского моря должна быть существенно ниже, чем в морасой воде с соленостью 35 %о. Коррозия в разбавленной морской воде, встречающейся в устьях рек, может быть более сильной, хотя сам по себе электролит может быть менее агрессивным. В отношении растворенных карбонатов обычная морская вода, как правило, ближе к состоянию насыщения, тогда как разбавленная морская вода не насыщена и в ней менее вероятно образование осадка карбонатного типа, что приводит к усилению коррозии. В разбавленной морской воде затруднена, а иногда и совсем невозможна жизнедеятельность морских организмов, в результате чего уменьшается тенденция к образованию на металле защитного слоя при биологическом обрастании. [c.23]

Среди спещ1фических свойств управляемых генераторов с малыми отверстиями связи вьщеляется чрезвычайно слабая зависимость эффективности от мощности управляющего сигнала. И это объяснить несложно известно, что относительные колебания мощности на выходе любого лазерного усилителя, работающего в квазистащюнарном режиме, благодаря насыщению усиления значительно меньше относительных колебаний мощности на его входе. Здесь же, из-за наличия нескольких проходов излучения по среде, данный эффект проявляется еще резче. [c.234]

Далее мы будем следовать работе Гордона, Уайта и Риг-дена [46] и будем рассматривать вопрос о насыщении усиления только в случае одной допплеровской линии с частотой центра V и падающей волны с частотой v. Представляет интерес случай Aviv/Avd <С 1. Можно записать скоростные уравнения в случае четырехуровневого лазера для тех возбужденных атомов, центральная частота которых, смещенная эффектом Допплера, равна v [c.263]

В случае однородно уширенной линии перехода различные моды получают энергию от одних и тех же атомов, что приводит к эффектам нелинейного взаимодействия (конкуренции) мод. Насыщение усиления до уровня потерь происходит быстрее для той моды, частота которой лежит дальше других от центра линии усиления. Продолжающийся рост поля дру- д 4 гих мод вызывает уменьшение усиле- спектральный контур линии уси-ния и приводит к затуханию этой ления [c.447]

Насыщение усиления в принципе может ограничить точность ОВФ и по другой причине. Причину эту можно понять, рассматривая распространение первоначально плоской волны в двухпроходо-вом усилителе с фазовыми неоднородностями с характерны.м поперечным размером р [86]. При достаточно малом размере неоднородностей эта волна, распространяясь по усилителю, может приобрести существенные амплитудные искажения. Отраженная от ОВФ-зер-кала волна также будет иметь в усиливающей среде неоднородное распределение интенсивности. Если суммарная плотность энергии этих волн приближается или превышает плотность энергии насыщения, то распределение коэффициента усиления оказывается случайно промодулированным в пространстве. Различные угловые компоненты входного излучения, распространяясь в такой среде, усиливаются неравномерно. Поэтому, сложившись на выходе из усилителя с другими амплитудными соотношениями, эти компоненты не дадут в результате исходной плоской волны, т. е. влияние неоднородностей будет скомпенсировано не полностью. При этом эффект неполной компенсации будет наиболее заметен, если длина продольной корреляции фазовой неоднородности Лр меньше длины насы-н1енного усиления (т. е. длины, где происходит эффективный съем энергии), что подтверждается результатами численного расчета [86]. К счастью, при характерных длинах усилителей на неодимовом стекле Ь<. м поперечный размер неоднородностей, вытекаю-Н1ИЙ из этого условия, весьма мал р< 0,04 см, что за редким исключением не характерно для неодимового стекла. В лазерах на неоди- [c.179]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...