Роль оптического резонатора в лазере

Резонатор выделяет не только узкие интервалы, но и определенное направление излучения (оптическую ось лазера), для которого выполнено условие генерации. Для других направлений это условие не выполняется, и в этом заключается еще одна избирательная роль оптического резонатора. [c.129]

При рассмотрении роли резонатора в лазере удобно использовать фотонные представления, поскольку они наилучшим образом учитывают специфику процесса генерации излучения в оптическом диапазоне, а именно тот факт, что оптическое излучение рождается в результате многочисленных актов высвечивания атомов или молекул, совершающих квантовые переходы из одних состояний в другие. В определенном смысле уже отдельный высвечивающийся атом (молекула) может быть сопоставлен с неким резонатором , с некой колебательной системой. Как писал академик Л. И. Мандельштам, мы представляем себе, что в каждой молекуле газа находится оптический резонатор с определенной частотой свечение газа объясняется тем, что резонаторы колеблются с одинаковой частотой и газ испускает свет этой частоты ([5], с. 257). [c.103]

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]

Такого рода пучки называют гауссовыми они играют существенную роль в оптике. Собственная волна реальных устойчивых резонаторов при Л/>1 столь близка к гауссову пучку, что последний может описывать излучение для широкого класса лазеров с устойчивым резонатором. Гауссовы волны оказываются собственными для различных пассивных резонаторов и линзовых волноводов [6]. Гауссов когерентный пучок, не являясь ни гомоцентрическим, ни плоской волной, обладает определенной спецификой в закономерностях распространения и взаимодействия с оптическими системами. В этом смысле гауссов пучок оказывается новым объектом для технической оптики и требует в общем случае модернизации методов расчета оптических систем, предназначенных для трансформации лазерного излучения. В данной главе рассматриваются свойства и способы описания гауссовых пучков, а также закономерности их распространения и преобразования внешними (расположенными вне резонатора) простыми оптическими системами. [c.92]

Резонатор представляет собой такую же двухкомпонентную систему, как и ИФП. Однако он имеет значительно большее расстояние между зеркалами. Часто одно из зеркал делают полупрозрачным, а другое — полностью отражающим. Принцип работы резонатора по физике образования интерференционной картины совпадает со сферическим эталоном Фабри — Перо. Между зеркалами резонатора находится активная среда. Электромагнитная волна, возникающая в активной среде, многократно вызывает в этой среде новые акты вынужденного испускания, вследствие отражения между зеркалами ИФП. Таким образом в оптическом резонаторе происходит накопление электромагнитной энергии. Резонатор играет важнейшую роль в работе лазера, так как он определяет пространственную и временную когерентность генерируемого излучения. [c.209]

К лазерам с периодической модуляцией оптических характеристик относятся РОС- и РБО-лазеры [5, 9, 12]. Пространственной периодической модуляции могут быть подвергнуты любые параметры этих лазеров, влияющие на условие распространения в них электромагнитной волны полупроводниковые среды, коэффициент затухания или усиления, размеры сечения волновода, форма граничной поверхности и т. д. В ИЛ периодическая структура может быть или совмещена с усиливающим слоем, или расположена за его пределами, выполняя по существу роль селективных по частоте многослойных концевых зеркал обычного резонатора. В первом случае — это РОС-лазеры, во втором — РБО-лазеры. Лазерные структуры с периодической модуляцией оптических характеристик различаются порядком дифракции, равным целому числу полуволн лазерного излучения, укладывающихся на периоде неоднородности. Наиболее удобным методом осуществления РОС является создание на границе соответствующих монокристаллических слоев дифракционных решеток с необходимыми параметрами. [c.116]

В этой главе рассматриваются задачи распространения волн в структурах, свойства которых изменяются в пространстве по периодическому закону. Примерами таких структур могут служить кристаллические твердые тела. Как известно, существует дальний порядок в расположении узлов решетки это приводит к пространственно-неоднородному распределению массы и потенциала электрического поля в кристаллах. Важную роль в технических приложениях играют искусственно созданные периодические структуры типа многослойных световых или акустических фильтров. В радиотехнике находят применение длинные цепочки из емкостей, индуктивностей и сопротивлений, расположенных в определенном порядке, а также замедляющие системы. В теории нелинейных волн обсуждаются задачи распространения волн в периодических структурах, неоднородность которых наведена полем другой волны. Эти задачи актуальны, например, в связи с проблемой создания оптических резонаторов для коротковолновых лазеров. [c.141]

В п. 3.312 было показано, что ультракороткие импульсы могут развиваться из статистических распределений интенсивности в многомодовом лазере, причем фазы отдельных мод могут иметь вначале случайное распределение. В специальной резонаторной схеме (см. фиг. 75, а) могут генерироваться пикосекундные импульсы в процессе усиления света и нелинейного поглощения. Процесс генерации можно разделить на несколько стадий. В самом начале интенсивность еще настолько низка, что усиление и поглощение могут считаться линейными. Правда, в общем непериодический ход интенсивности (см. фиг. 67) уже дополняется в некоторой области периодическими структурами с длиной периода 21/с (Ь есть оптическая длина пути в резонаторе) вдоль прямого и обратного хода. С возрастанием интенсивности становится заметным нелинейное поведение насыщаемого поглотителя поглощение этого однофотонного поглотителя убывает с возрастанием интенсивности /, так как убывает разность населенностей верхнего и нижнего уровней вследствие перекачки. Поэтому в процессе усиления главную роль играют максимумы интенсивности, тогда как малые значения интенсивностей являются несущественными. Из сильного максимума интенсивности поглотитель после своего насыщения уже ничего не заглатывает (см. характеристику прозрачности на фиг. 75,6). Таким образом, при возрастающем усилении импульс встречает нормальные лазерные условия, благодаря чему на дальнейшей стадии в конце концов наступает про- [c.476]

Следует заметить, что роль приосевой области активного элемента в развитии процесса генерации имеет и свою отрицательную сторону лазеры с неустойчивыми резонаторами чувствительны к различного рода нерегулярностям и дефектам в активной среде или на отражающих покрытиях в непосредственной близости от оптической оси резонатора. [c.212]

Чтобы выявить наличие оптимальной величины связи с нагрузкой для внутрирезонаторной ГВГ, необходимо учесть конкретные параметры лазера. В самом деле, вся работа этого типа ГВГ весьма критично зависит от правильного баланса различных потерь и скорости накачки, связанной с оптическим полем внутри резонатора. Фиг. 5.4 иллюстрирует роль различ- [c.141]

Роль оптического резонатора в лазере. Основная функция оптического резонатора состоит в том, чтобы придать световьш волнам, излучаемым лазером, определенную форму, определенную модовую структуру ([4], с. 112). Модовая структура поля излучения лазера формируется в резонаторе в процессе последовательных отражений излучения от зеркал резонатора. В одних резонаторах структура поля формируется за большое число проходов от зеркала к зеркалу многопроходные резонаторы) в других резонаторах процесс формирования поля излучения происходит всего лишь за несколько проходов ). [c.103]

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]

Пример 3. Резонаторы ГЛОН. Как уже отмечалось, в ГЛОН могут быть использованы резонаторы двух типов открытые и волноводные. Расчет характеристик открытых резонаторов ГЛОН MIR- и // -излучение) не отличается принципиально ни по постановке задачи, ни по технике ее реализации на ЭВМ от задач открытых резонаторов в оптическом диапазоне. Поэтому при расчетах открытых резонаторов ГЛОН можно пользоваться методиками и программами, изложенными в гл. 2. Рассмотрим результаты расчетов и анализ волноводных резонаторов. Конструктивно волноводный резонатор заложен в любом газовом лазере с разрядной трубкой, которая может рассматриваться как диэлектрический полый волновод. Но в оптическом диапазоне влияние стенок трубки на формирование поля в резонаторе не учитывается, так как отношение (ИХ d — диаметр трубки, X —длина волны) в этом диапазоне очень велико и каустика эффективного поля резонатора при таких условиях меньше диаметра трубки. Однако в ИК-диапазоне с успехом используются волноводные СОг-лазеры, где отношение d/i много меньше, чем в обычных лазерах за счет уменьшения d (единицы мм) [37]. При расчете характеристик такого лазера учитывается влияние стенок на формирование поля в резонаторе. В лазерах с оптической накачкой при увеличении длины волны излучения вплоть до субмиллиметрового и миллиметрового диапазонов отношение d/X становится еще меньше, даже с учетом того, что диаметры их трубок для увеличения эффективности генерации делаются большими по сравнению с диаметрами трубок СО -лазеров. Поэтому роль стенок трубки в заполненных эффективным полем объеме резонатора увеличивается. Рассмотрим наиболее типичную схему волноводного резонатора ГЛОН (рис. 3.28). Зеркала этого резонатора, расположенные на торцах диэлектрического поля волновода (трубки), имеют отверстия di и dg соответственно для ввода излучения накачки в активную среду ГЛОН и вывода излучения генерации. Так как задача является осесимметричной, будем искать искомые поля в резонаторе как функцию от координаты U (г). В качестве базисных функций этой задачи выбираются радиальные ортонормированные собственные функции бесконечного полого диэлектрического волновода со следующими условиями. [c.163]

Настоящая книга содержит пять глав. Гл. 1 посвящена оптике гауссовых пучков. Глава 2 посвящена методу интегрального уравнения. В ней рассматриваются методы исследования лазерных резонаторов, содержащих негауссовы элементы — диафрагмы с резким краем, элементы с аберрациями и др. В главе 3 исследуются резонаторы, содержащие несколько оптических элементов (например, вспомогательные зеркала) различного назначения. Вспомогательные зеркала могут влиять на продольный спектр резонатора, в частности, делать его более редким. При этом важную роль играет согласование поперечных мод лазерного резонатора. В лазерах па красителях дополнительные оптические элементы позволяют реализовывать одномодовый режим генерации. Глава 4 посвящена резонаторам твердотельных лазеров. Их основной особенностью является наличие термооптически искаженного под влиянием накачки активного элемента. Отыскание ре-зонаторных конфигураций, наименее восприимчивых к нестабильностям накачки, является довольно трудным делом, читатель почерпнет в четвертой главе много полезного для себя в этом отношении. В главе 5 излагаются геометро-оптические методы исследования резонаторов. Введение и гл. 1, 3, 5 написаны В.П. Быковым гл. 2, 4 — 0.0. Си-личевым. [c.8]

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 случае оптического квантового генератора зеркальный резонатор создает положительную обратную связь между полем излучения и источником его энергии — активной средой ). Зеркала резонатора обеспечивают многократное распространение (и тем самым усиление) светового потока в активной среде. Это необходимо и для самовозбуждения генерации, и для ее поддержания. Однако роль резонатора в работе лазера не исчерпывается повышением плотности энергии поля в активной среде. Согласно указанной выше аналогии, для возникновения автоколебательного режима обратная связь должна быть положительной. Другими словами, должна иметь место строгая сннфазность колебаний, уже существующих в системе и приходящих по каналу обратной связи. Подобные соображения применимы и к оптическим квантовым генераторам, о чем будет идти речь в 228, 229. [c.783]

Основную роль В сужении линии иэлучегшя лазера играет оптический резонатор. Особенность оптических резонаторов заключается в том, что их размеры значительно больше длины волны, в результате чего возможно [c.280]

Результатом изучения связи термооптических искажений с характеристиками лазерного излучения явилось понимание необходимости создания конструкций систем накачки, позволяющих создавать равномерное поле оптической накачки в сечении активного элемента при этом компенсация проявлений термооптических искажений в характеристиках излучения в значительной мере облегчается. Следует отметить, что такие системы накачки созданы и широко применяются на практике (на основе отражателей с диффузноотражающими покрытиями и полостных или коаксиальных ламп). Важную роль при создании успешно работающих лазеров играют оптимизация параметров лазерного резонатора и конструктивные приемы обеспечения теплового режима активного элемента. Указанные вопросы рассматриваются в гл. 3 книги. [c.8]

В качестве другого примера роли линзоподобной среды в резонаторе приведем лазер на АИГ Nd3+ непрерывного действия, активный элемент которого, обладая термически наведенным двулучепре-ломлением, имеет различную оптическую силу для мод с радиальной и азимутальной поляризациями [107]. Выбирая конфигурацию резонатора, можно создать условия для генерации мод только одной выбранной поляризации [108]. [c.139]

Из формул (3.2) следует, что чувствительность к возмущениям у распределений полей устойчивых резонаторов из зеркал сравнительно небольшой кривизны быстро убывает, при прочих равных условиях, по мере увеличения последней. Действительно, при этом величина ar os fgig2 возрастает вместе с ней растут все разности собственных значений близких по классификации мод. Поэтому распределения полей устойчивых резонаторов, заметно отличающихся от плоских (и концентрических), сравнительно мало подвержены влиянию внутрирезонаторных аберраций. К этому добавим, что большая расходимость излучения лазеров с устойчивыми резонаторами значительного сечения обычно вызывается не влиянием аберраций, а возбуждением мед высокого порядка (см. следующий параграф). Наконец, если еще принять во внимание, что играющие, как правило, наибольшую роль волновые аберрации первого порядка (оптический клин) и второго ( линзовость среды) легко учитываются прямо на этапе составления матрицы резонатора, то в дальнейший анализ деформаций отдельных мод можно уже не вдаваться. [c.151]

Существенным моментом, определяющим работу системы лазер-интерферометр, является обеспечение стабилизации расстояния между зеркалами интерферометра. Для этого, кроме общей конструктивной виброизоляции, в схеме применено автоматическое поддержание заданного расстояния между зеркалами интерферометра. Одно из. зеркал интерферометра приклеено на цилиндрическую керамическую втулку из пьезоэлектрика (титацат бария ВаТЮ, диаметр 40 мм, длина 55 мм и толщина 8 нм). Свободный конец пьезоэлектрика жестко закреплен на механической державке. С помощью полупрозрачного зеркала 9 часть светового пучка проходит через фильтр 10 (играющий аналогичную роль, что и фильтр 13) и попадает на фотоумножитель 15, сигнал которого усиливается усилителем 16. При изменении оптической длины интерферометра произойдет смещение максимума по сравнению с некоторым начальным положением и, следовательно, изменится сигнал с фотоумножителя 15. При этом изменится напряжение, подаваемое от усилителя на пьезоэлектрик, таким образом, что в результаге изменения напряжения произойдет линейная деформация пьезоэлектрика и зеркало установится в первоначальное положение. Следовательно, сигнал рассогласования длин резонатора и интерферометра отрабатывается таким образом, что пропускание интерферометра поддерживается постоянным. Полоса Г ропускания интерферометра выбирается так, чтобы время существенного изменения показателя преломления было много меньше постоянной времени усилителя. Плазма образуется в кварцевой трубке 6, наполненной гелием при давлении 0,5 тор. в результате разряда конденсатора на лампу 18. В качестве разрядника служит импульсная лампа ИФК-2000. [c.176]

Синхронизация мод лазера на АИГ Nd исследовалась Куи-зенгой и Сигманом, экспериментально подтвердившими многие выводы теории, данной в разд. 4.2 [4.6]. Для синхронизации мод лазера на АИГ Nd ими использовался электрооптический фазовый модулятор на кристалле LiNbOs с частотой модуляции 264 МГц. Ширина спектра излучения Av определялась с помощью интерферометра Фабри—Перо. Для измерения длительности импульсов Xl использовался быстродействующий фотодиод. Длительность более коротких импульсов определялась корреляционным методом на основе измерения второй гармоники (см. гл. 3). В зависимости от глубины модуляции Ьрм наблюдались импульсы длительностью от 40 до 200 пс при средней выходной мощности 300 мВт. Без принятия дополнительных мер кристалл модулятора выполнял роль эталона Фабри— Перо, ограничивавшего ширину спектра излучения лазера. Для сокращения длительности импульсов необходимо исключить селекцию мод модулятором, устранив мешающие отражения (для этого можно, например, скосить входные окна модулятора под углом Брюстера к оптической оси резонатора). Можно также наклонить модулятор на достаточно большой угол, устранив таким образом перекрытие падающего и отраженного пучков. Измерялась зависимость ширины спектра излучения и длительности импульсов от коэффициента глубины модуляции 8рм. Результаты измерений представлены на рис. 4.6. Проведенные через экспериментальные точки прямые подтверждают предска-10 [c.147]

Система, изображенная на рис. -2.6, а, высокоэффективна, но, к сожалению, сложна в техническом отношении Целесообразнее использовать лазер с неустойчивым резонатором телескопического типа, являющийся аналогом рассмотренной системы. В существовании аналогии легко убедиться, если немного изменить систему, изображенную на рис. 2.66, а, перейдя к линзовому волноводу, показан ному на рис. 2.66, б. Волновод составлен из чередующихся собирающих (фокусное расстояние /1) я рассеивающих (/а) линз, причем /1 = 3 /2 . Расстояние между- соседними линзами 21/2 оно заполнено активной средой. Тейерь задающий генератор отсутствует его роль выполняет при-осевая область активных элемейов. Нетрудно видеть, что рассматриваемый линзовый волновод оптически эквивалентен резонатору телескопического типа. Заметим, штриховыми линиями на рис. 2.66, б показан световой- пучок, соответствующий неустойчивой (сходящейся) волне [c.207]

Поэтому в технике волн миллиметрового и субмиллиметрового диапазонов нашли широкое применение волноводные и резонансные системы, основанные на совершенно иных принципах — открытые линзовые и зеркальные линии и открытые резонаторы. Эти системы играют также основную роль в лазерной технике и оптических устройствах, осуш ествляюш их фокусировку и различные другие преобразования световых пучков. Открытые резонаторы являются одними из основных элементов конструкции большинства лазеров отсутствие боковых стенок позволяет удобным способом вводить излучение накачки для возбуждения активного вещества. [c.345]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...