Оптический резонатор и лазерное излучение

Оптический резонатор и лазерное излучение, 97 [c.97]

Вид корреляционной функции /Са(рь Р2) определяется конкретным типом лазера и во многом зависит от оптического резонатора и формы зеркал. Так, в некоторых случаях многомодовое лазерное излучение обладает статистической однородностью по пространству [c.11]

Поскольку при измерении параметров пучка очень существенна структура мод резонатора и рабочего вещества, часть этой главы посвящена описанию наиболее важных типов оптических резонаторов и их мод (типов колебаний). Методы определения картины излучения в ближней и дальней зонах, связанной с модами резонатора, проиллюстрированы на конкретных примерах. Иллюстрации делают описание более наглядным и позволяют получить представление о достижимой точности. Особое внимание также уделяется оборудованию, которое было сконструировано специально для измерения лазерных параметров, и новым методам использования существующих приборов. [c.35]

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]

В противоположность этому лазерное излучение обладает высокой степенью когерентности, обусловленной двумя основными факторами природой индуцированного испускания и наличием оптического резонатора. [c.339]

Лазерная головка представляет собой вакуумную камеру (рис. 29), в которой расположен оптический резонатор с зеркалами 7,10. охлаждаемыми водой, окно из селенида цинка 6 для вывода излучения, выдвижное зеркало 3 для отражения излучения на калориметр 5, разрядные электроды 12, вентиляторы для прокачки газа 13, аэродинамические трубы и теплообменники 9. Общие размеры этого блока 1,6 м X 1,4 м X 2,1 м, масса 2 т. [c.49]

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]

Недостатками квантового интерферометра с трехзеркальным резонатором являются неопределенность направления изменения оптической длины до внешнего отражателя, что затрудняет расшифровку результатов измерения в случае, если это направление заранее неизвестно, а также снижение точности вследствие нестабильности мощности излучения лазера, связанной с пульсацией напряжения питания, разъюстировкой резонатора и т. д. Для устранения последнего недостатка предложено устройство, в котором перемещение зеркала вызывает периодическое переключение плоскости поляризации лазерного излучения. Схема этого устройства приведена на рис. 139. В устройстве исполь- [c.235]

Порядок изложения материала в данной книге соответствует рассмотрению лазера (на что мы указывали выше в этой главе) как устройства, состоящего из следующих трех основных элементов 1) активной среды, 2) системы накачки и 3) подходящего резонатора. Поэтому следующие три главы посвящены соответственно взаимодействию излучения с веществом, процессам накачки и теории пассивных оптических резонаторов. Общие представления, данные в этих главах, используются затем в гл. 5 при рассмотрении теории непрерывного и переходного режимов работы лазеров. Теория развивается в рамках приближения низшего порядка, т. е. на основе скоростных уравнений. Такое рассмотрение действительно позволяет описать большинство характеристик лазера. Очевидно, лазеры, в которых применяются разные активные среды, существенно различаются по своим характеристикам. Поэтому естественно, что следующая глава (гл. 6) посвящена обсуждению характерных свойств отдельных типов лазеров. К этому моменту читатель уже будет достаточно подготовлен к тому, чтобы понять принцип действия лазера и перейти к изучению характерных свойств выходного лазерного пучка (когерентности, монохроматичности, направленности, яркости, шумовых характеристик). Эти свойства мы [c.23]

Еще одно применение синтезированного оптического элемента описано в [209]. Синтезированная голограмма устанавливается на выходном зеркале резонатора лазера и управляет распределением мощности излучения в сечении лазерного пучка. Изменение параметров синтеза голограммы позволяет создавать лазеры с различной пространственной структурой луча, корректировать дефекты, имеющиеся в оптических элементах резонатора и трубки лазера, и т. п. [c.161]

Проблема оптических резонаторов занимает центральное место в квантовой электронике. Любой лазер состоит из двух основных компонентов — возбужденной среды и резонатора. Роль среды сводится к обеспечению усиления света в определенном спектральном диапазоне все специфические свойства лазерного излучения — его когерентность, направленность и Т.П. — формируются резонатором. Именно успехи в области резонаторов лежат в основе достигнутого за недолгое время существования квантовой электроники сужения диаграммы направленности и спектральной полосы излучения на несколько порядков по сравнению с первыми образцами оптических генераторов. [c.5]

По установившейся традиции, которая была заложена в радиофизике (теория оптических резонаторов поначалу заимствована из этой области многие понятия и методы рассмотрения), в книгах по квантовой электронике и лазерной технике обычно излагаются лишь сведения об идеальных пустых резонаторах. Так же обстоит дело и со специально посвященными теории резонаторов монографиями Л.А. Вайнштейна [80] и Е.Ф. Ищенко [100]. Вместе с тем, эти сведения являются только отправным пунктом анализа происходящих при непосредственном участии активной среды и определяющих характеристики генерируемого излучения процессов нелинейного взаимодействия колебаний, видоизменения этих колебаний и т.д. [c.5]

Интересная возможность получения непрерывной генерации в послесвечении разряда открывается при использовании плазменной смеси в виде равномерно текущей струи. Напомним, что в импульсном плазменном лазере происходят три последовательных процесса первый — образование высокоионизованной плазмы, второй — охлаждение свободных электронов плазмы, третий — рекомбинация плазмы (накачка лазерных переходов). Если плазма макроскопически неподвижна, то эти процессы совершаются в одном и том же месте пространства и поэтому должны чередоваться во времени — отсюда обязательный импульсный режим работы лазера. Если же плазма движется в виде струи, то все три указанных процесса могут совершаться одновременно, но в разных областях пространства (разных участках струи). Для пояснения приводится рис. 1.50. Здесь 1 — газовая струя, 2 — область, где реализуется поперечный разряд и создается высокоионизованная плазма, 3 — область, где происходит охлаждение свободных электронов, 4 — область рекомбинации, 5 — зеркала оптического резонатора, 6 — лазерное излучение. Такая развертка последовательных процессов в пространстве (вдоль течения струи) позволяет в принципе совместить их во времени. [c.84]

В настоящее время (1990-е гг.) существует много разл. лазеров, работающих во всех диапазонах спектра — от рентгеновского до далёкого инфракрасного. Однако применение лазерных усилителей в оптич, приборах до сих пор весьма ограничено. Связано это с тем, что усилители в лазерах и оптич. системах используются по-разному. В лазерах обычно стремятся получить предельно высокую направленность излучения, применяя для этого оптические резонаторы и ограничивая число генерируемых мод. В оптич. системах обычно требуется передать болыпой объём информации, заложенный в распределении амплитуд и фаз (иногда и поляризации) по полю зрения, на к-ром укладывается порядка 10 разрешаемых элементов. Такая много-канальность и есть одно из осн. преимуществ оптич. систем с У. я. Это накладывает дополнит, требования на У. я. для оптич. приборов, к-рый должен обладать большой угл. апертурой, чтобы пропустить большой объём информации, обеспечивать значит, усиление за один проход усиливающей среды и, естественно, не должен вносить искажений в усиливаемые световые поля. Достижение высокого усиления (а желательно иметь коэф. усиления 0,1 — 1,0 сми составляет осн. трудность на пути создания лазерных У. я. для оптич. систем. Высокий коэф. усиления (при прочих равных условиях) легче получить для узкого спектрального интервала и в коротких импульсах. [c.243]

Модулятор добротности на красителе представляет собой жидкостную ячейку с насыщающим красителем, например криптоцианином, растворенным в метаноле эта ячейка помещается внутри оптического резонатора. Первоначально краситель поглощает флуоресценцию лазерного стержня, изолируя таким образом зеркала от остальной части резонатора. По мере того как интенсивность света возрастает, краситель неожиданно обесцвечивается и лазерное излучение может отражаться от обоих зеркал резонатора, что приводит к генерации лазерного излучения. [c.277]

Важной характеристикой ЛПМ наряду с мощностью излучения является расходимость лазерного пучка. Исследования структуры и динамики формирования выходного излучения ЛПМ в режиме сверхсветимости (без зеркал и с одним зеркалом), в режиме генератора (с оптическим резонатором) и в режиме усилителя мощности (в системе ЗГ-УМ) показали следующее. Выходное излучение ЛПМ в режиме с одним зеркалом имеет двухпучковую структуру один пучок сверхсветимости сформирован из усиливающихся спонтанных затравок суммарной геометрической апертурой разрядного канала, а другой — зеркалом и выходной апертурой канала. В режиме генератора с оптическим резонатором излучение имеет многопучковую структуру два всегда присутствующих пучка сверхсветимости и несколько пучков, сформированных резонатором. [c.281]

Открытые оптические резонаторы играют важную роль в современной квантовой электронике. Хотя и ранее оптические интерферометры находили широкое применение в спектроскопии, бурное развитие теории и техники оптических резонаторов в последние годы обусловлено тем, что они оказались почти идеальным устройством для создания положительной обратной связи в лазерах. Совокупность оптического резонатора и помещаемой в его полость активной среды может рассматриваться как автоколебательная система, затухание в которой компенсируется усилением в активной среде. При этом параметры резонатора существенным образом влияют на генерируемое излучение, в значительной степени определяя его пространственно-частотные, поляризационные и энергетические характеристики. В то же время самостоятельное значение сохраняют пассивные резонаторы (не содержащие в своей полости активной среды). Такие устройства используются в технике для пространственно-частотной селекции лазерного излучения и в качестве оптичес ких дискриминаторов. Особое распространение получили пассивные перестраиваемые резонаторные системы — так называемые сканирующие интерферометры, используемые для анализа частотных характеристик лазерного излучения. [c.3]

В последних двух главах рассматривается концентрация поля в некоторых ограниченных областях пространства, в которых имеют место определенные комбинации длин волн и неоднородностей среды это приводит к эффекту, который можно назвать своего рода удержанием излучения. В частности, в гл. 7 мы рассмотрим пассивные и активные резонаторы, используемые в лазерных устройствах и предназначенные для удержания излучения вблизи оси оптических резонаторов и интерферометров Фабри — Перо. При этом мы будем проводить изучение главным образом на основе теории дифракции. В гл. 8 для исследования удержания излучения в поперечном направлении вблизи оси диэлектрического световода задача решается аналитически с использованием модовых решений волнового уравнения. Это позволяет рассмотреть единым образом самые современные вопросы, связанные с такими нелинейными оптическими явлениями, как фазовая самомодуляция и солитоны. [c.9]

Основой комплекса является лазер на углероде мощностью 1 МВт. Базируется комплекс на двух модулях платформах, созданных из серийных автоприцепов Челябинского завода. Па первой платформе размещается генератор лазерного излучения, включающий в себя блок оптического резонатора и газоразрядную камеру. Здесь же устанавливается система формирования и наведения луча. Рядом располагается кабина управления, откуда ведется программное или ручное его наведение и фокусировка. Па второй платформе находятся элементы газодинамического тракта авиационный турбореактивный двигатель Р29-300 , выработавший свой летный ресурс, но еще способный послужить в качестве источника энергии эжекторы, устройства выхлопа и шумоглу-шения, емкость для сжиженной углекислоты, топливный бак с авиационным керосином. [c.648]

В отличие от активных модуляторов добротности, у которых момент выключения потерь определяется в)1еш-ними факторами, включение добротности пассивными модуляторами полностью определяется плотностью излучения внутри резонатора и их оптическими свойствами. В качестве пассивных модуляторов (или пассивных затворов) могут использоваться просветляющиеся фильтры, пленки, разрушающиеся под действием излучения, полупроводниковые зеркала с коэффициентом отражения, зависящим от интенсивности света, органические красители и т. д. Особое место среди пассивных затворов занимают затворы на основе просветляющихся фильтров. Исключительная простота таких затворов в сочетании с высокими параметрами получаемых с их помощью моноимпульсов излучения обеспечила им весьма широкое распространение. В основе работы этих затворов лежит способность просветляющихся фильтров обратимо изменять коэффициент поглощения под действием интенсивных световых потоков. Введение в резонатор пассивного затвора (рис. 35.10) приводит к увеличению порогового уровня накачки, в результате чего к моменту начала генерации па метастабилышм уровне накапливается значительное число активных частиц. При возникновении генерации лазерное излучение, проходящее через затвор, резко уменьшает его потери и запасенная энергия излучается в виде мощного импульса. Длительность этого импульса почти такая же, как и в режиме мгновенного включения добротности. Применение этих затворов значительно упрощает конструкцию генератора и позволяет получить параметры выходного импульса, близкие к предельным. [c.284]

Широкое распространение получили дифракционные решётки как диспергирующие элементы в спектральных приборах (монохроматорах, спектрографах, спектрофотометрах и др.) и как элементы резонаторов в лазерах с перестройкой частоты излучения. Они используются также в качестве ответвителей монохроматич. (лазерного) излучения (см. Дифракционный ответвитель) велика их роль в интегральных оптич. устройствах. ракция на ультразвуке в прозрачных средах позволяет определить упругие константы вещества, а вакже создать акустооптич. модуляторы света (см. также Акустооптика), применяемые в светодальномерах, оптич. локаторах и системах оптической связи. [c.420]

Несмотря на низкие энергетические характеристики, не позволяющие использовать Не — Ne-лазвр в термической и селективной технологии, он является самым распространенным газовым лазером. Причина такой популярности обусловлена прежде всего его уникальными спектральными характеристиками. Благодаря низкому давлению газа, ширина линии излучения Не — Ые-лазе-ра определяется эффектом Доплера и согласно (1.38) составляет 10 Гц. При характерных длинах лазера ( 10 см) расстояние между собственными частотами резонатора [см. (2.13)] составит также 10 Гц. Поэтому Не — Ne-лазср позволяет осуществлять одночастотную генерацию на одной продольной моде и обладает исключительно высокой монохроматичностью и стабильностью излучения (Av/vo 10 ). Эти качества, а также возможность генерации в видимом диапазоне длин волн делают Не — Ne-лазер незаменимым элементом во многих оптических устройствах, предназначенных для измерения расстояний, контроля размеров, лазерной связи и научных исследований. Очень часто Не — Ne-лазер используется в качестве вспомогательного оборудования для юстировки и визуализации положения луча в других лазерных системах. Большой интерес вызывают появившиеся в последнее время сведения о возможности эффективного использования Не — Ne-лазеров в медицине. [c.159]

В предыдущих главах мы рассмотрели некоторые свойства отдельных элементов, которые составляют лазер. К ним относятся лазерная среда (взаимодействие которой с электромагнитным излучением мы рассматривали в гл. 2), система накачки (гл. 3) и пассивный оптический резонатор (гл. 4). В данной главе мы воспользуемся результатами, полученными в предыдущих главах, для построения теоретических основ, необходимых для описания как непрерывного, так и нестационарного режимов работы лазера. Развитая здесь теория основывается на так называемом приближении скоростных уравнений. В рамках этого приближения соответствующие уравнения выводятся из условия баланса между скоростями изменения полного числа частиц и полного числа фотонов лазерного излучения. Достоинство данной теории состоит в том, что она дает простое и наглядное описание работы лазера. Кроме того, она позволяет получить достаточно точные результаты для большого числа практических приложений. При более строгом рассмотрении следует применять либо полуклассическое приближение (в этом приближении среда рассматривается квантовомеханически, а электромагнитное поле считается классическим, т. е. описывается уравнениями Максвелла), либо полностью квантовый подход (когда среда и поля являются квантованными). Читатель, желающий познакомиться с этими более точными теоретическими рассмотрениями, может обратиться к работе [1]. [c.237]

На основе кратко изложенных общих законов прохождения когерентных световых пучков через оптические системы широкого класса рассмотрены процессы формирования когерентного излучения в оптических резонаторах проанализированы факторы, определяющие пространственную структуру лазерного излучения даны рекомендащ1И по выбору типа и параметров резонаторов приведены сведения о различных методах воздействия на характеристики излучения путем видоизменения резонаторов и внесения в них дополнительных элементов. Основное внимание уделено способам повышения пространственной когерентности излучения и уменьшения его расходимости. [c.2]

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]

В лазерах с диффузным охлаждением отношение мощности излучения к длине разрядной трубки P/L не зависит от радиуса разрядной трубки и давления рабочей смеси. Поэтому основной путь увеличения мощности излучения СОг-лазера с диффузным охлаждением — это увеличение длины разрядных трубок (до десяти метров). Учитывая ограничение, налагаемое дифракционными явлениями на предельную длину лазера L p 5- 50 м, предельная мощность лазера с диффузным охлаждением Рцр О Зч-З кВт. Для уменьшения длины мощных диффузно-охла-ждаемых СОг-лазеров используется система параллельно расположенных газоразрядных трубок, последовательно объединенных единой оптической системой (это лазеры с так называемым сложением или ломаным резонатором). Основной недостаток таких лазеров — сравнительно высокая расходимость лазерного излучения, на 1—2 порядка превышающая дифракционный предел, что обусловлено многомодовььм характером излучения и большим числом оптических элементов, в частности, поворотных зеркал. [c.48]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...