Пассивные и активные резонаторы

Рис. 2.38. Блок-схема программы расчета на ЭВМ пассивных и активных резонаторов а — методом дифференциальных уравнений б — методом интегральных уравнений

Осуществление принципа гетеродинирования частот излучения в трехзеркальном интерферометре может обеспечить чувствительность, значительно превосходящую чувствительность других интерферометров. В работе [18] описан интерферометр, в котором используется двухчастотный лазер с длиной активного резонатора 80 см и пассивного резонатора 10 см. Такое соотношение длин активного и пассивного резонаторов обеспечивает совпадение только двух их резонансных частот. Вблизи совпадения резонансов активного и пассивного резонаторов одна из частот генерации возмущается, а другая остается невозмущенной. Информация об изменении длины пассивного резонатора заключается при этом в разностной частоте генерируемых колебаний, скорость изменения которой при изменении длины пассивного резонатора может составлять величину 5 кГц/А. Оцениваемая чувствительность такого измерителя в случае использования синхронного детектирования составляет 10 А. Однако описанные трехзеркальные интерферометры достаточного применения для измерения длин и перемещений в настоящее время не нашли они еще не могут конкурировать с хорошо отработанными лазерными интерферометрами Майкельсона. Широкому их использо- [c.236]

МВт на 1 см поверхности. Объёмная оптич, прочность лазерных материалов обычно оказывается выше. Модуляция добротности резонатора осуществляется как пассивным образом (насыщающиеся поглотители), так и активным (электро- и акустооптич. модуляторы). Иногда применяют и механич. модуляторы, напр, вращающуюся призму. [c.49]

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]

Уже в начале 80-х годов стало ясно, что перспективы генерации сверхкоротких импульсов УФ диапазона связаны с удвоением частоты лазеров на красителях и их последующем усилении в эксимерных усилителях. Трудности в осуществлении пассивной или активной синхронизации мод эксимерных лазеров вызваны, прежде всего, малыми временами существования инверсии в активной среде (10 —10 с), что резко ограничивает число проходов излучения по резонатору. К настоящему времени минимальная длительность, реализованная в режиме активной синхронизации мод, составляет 120 пс [74]. Итоги развития пикосекундных эксимерных систем подведены в обзоре [75]. [c.271]

В случае необходимости рабочая точка легко сдвигается от вырожденного значения 5=0 приложением к кристаллу постоянного электрического поля нужной амплитуды (см. рис. 7.3). Аналогичным образом исключаются и аппаратные невзаимные фазовые сдвиги. Отметим еще одну перспективную систему - ФРК-лазер с кольцевым резонатором на двустороннем обращающем зеркале (п. 4.2.5). Экспериментальная проверка в модельных опытах подтвердила работоспособность пассивного [18] и активного [21] волоконных гироскопов на смешении волн. Однако только тщательные исследования позволяют установить их реальные возможности и конкурентоспособность. [c.222]

Основой механизма пассивной синхронизации мод, как и активной синхронизации, является временная модуляция потерь в резонаторе. Однако в отличие от активной при пассивной синхронизации система сама определяет моменты времени, соответствующие минимуму потерь. Процесс образования импульсов в лазерах на красителях может быть объяснен следующим образом после того как излучение накачки обеспечило превышение над порогом генерации лазера, в резонаторе начинается процесс установления вынужденного излучения, затравкой которого является спонтанный шум. В рассматриваемом здесь многомодовом режиме излучение состоит из множества статистически перекрывающихся во времени флуктуационных пиков. Вследствие большого сечения рабочего перехода лазерного [c.187]

Если же активный резонатор лазера и согласуемая с ним внешняя пассивная резонансная система имеют свои несовпадающие перетяжки, то согласование обычно осуществляется с помощью положительной тонкой линзы, располагаемой между согласуемыми объектами (рис. 4.6). В этом случае преобразованный линзой [c.105]

В первую очередь, поэтому полученные для пассивных резонаторов результаты оказываются применимыми к лазерам вблизи трога генерации. Известно, что активный резонатор при низких значениях коэффициента усиления характеризуется практически такими же, что и соответствующий пассивный резонатор, распределениями амплитуды и фазы поля на поверхности зеркал, а также потерями, связанными с дифракционными эффектами. [c.107]

Ith MA , где М — нечетное целое число (четные гармоники в системе в силу симметрии должны отсутствовать). Условие /ж жМЛ/2 соответствует подходу к участку с длиной I как к активному резонатору (непосредственно возбуждаемому энергией белковых молекул), на краю которого имеют место значительные отражения волны. Равенство же периметра мембраны NA, где N — целое число, говорит, что замкнутый контур длиной NA рассматривается как пассивный резонатор, стабилизирующий колебания активного н сужающий резонансную полосу. В прочем, подход к количественным оценкам мало изменится, если участок длиной I рассматривать как участок резонансной системы большого размера, образующейся в области деформации мембраны в этом случае, когда М< (т. е. условие равенства М нечетному целому числу не выполняется), имело бы место лишь возрастание активных потерь (судя по наблюдаемым формам искажений, довольно резкое) при той же передаче энергии белковых молекул мембране. Для различных М>1 условия передачи энергии отличаются резко. При М=1 подошедшие к мембране молекулы достаточно эффективно передают энергию почти по всей площади участка с диаметром I (элементы подструктур смещены друг относительно друга на Л [76, 139] и их ширина близка Л/2). При М> доля площади, на которой осуществляется передача энергии мембране синхронно колеблющимися молекулами, сокращается по сравнению со случаем, когда М—, примерно в 2... 3 раза (рис. 3.9). [c.77]

Для управления добротностью оптического резонатора применяют различные устройства, которые можно разделить на два класса активные и пассивные. К пер- [c.283]

Глубина модуляции интенсивности излучения в трехзеркальном резонаторе существенно зависит от параметра связи Q, и соотношения длин активного и пассивного резонаторов Ь /Ь . В случае при движении зеркала все генерируемые моды [c.234]

Особый класс составляет ЛК с распределённой обратной связью (РОС). В РОС-лазерах роль резонатора играет структура с периодич. изменением показателя преломления и (или) усиления. Обычно она создаётся в активной среде под действием двух интерферирующих пучков накачки. РОС-лазер характеризуется узкой линией генерации ( 10 см ), к-рая может легко перестраиваться в пределах полосы усиления путём изменения угла между пучками накачки. ЛК наиболее эффективны для генерации ультракоротких импульсов излучения. Самые короткие импульсы ( 10 с) достигнуты в непрерывных ЛК с пассивной синхронизацией мод. [c.564]

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]

Другой подход к уменьшению длительности импульсов и повышению их спектрального качества основан на применении резонаторных ПГС с синхронной накачкой [42]. В режиме синхронной накачки сигнальный и/или холостой импульс после отражения от зеркал резонатора поступает в нелинейный кристалл одновременно с последующим импульсом накачки. В результате существенно возрастает эффективная длина усиления и, следовательно, уменьшается пороговая интенсивность накачки. Это обстоятельство позволяет использовать в качестве источника накачки не только цуги импульсов второй гармоники лазера на стекле или гранате с пассивной синхронизацией мод, но и системы с двойной модуляцией, работающие с частотой повторения цугов в единицы килогерц, и даже квазинепрерывное излучение лазеров на гранате с активной синхронизацией мод. [c.258]

Наиболее распространенным резонатором в оптических квантовых генераторах является резонатор, состоящий из двух отражающих поверхностей, расположенных на некотором расстоянии друг от друга. Простейшим видом такого резонатора является резонатор, состоящий из двух параллельно расположенных плоских зеркал, т. е. представляющий собой интерферометр Фабри— Перо. Однако резонатор в лазере может быть образован также и двумя сферическими зеркалами. Часто применяются резонаторы, состоящие из нескольких отражающих поверхностей. Если система зеркал обеспечивает циркуляцию по замкнутому контуру, то такой резонатор получил название кольцевого . При рассмотрении электромагнитного поля внутри какого-либо резонатора, в первом приближении определяется поле внутри пустого, незаполненного активной средой резонатора, т. е. пассивного резонатора. [c.12]

Программа расчета пассивных и активных резонаторов мето -дом дифференциальных уравнений. Исходным уравнением это го метода является уравнение Гельмгольца [c.117]

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]

Пассивные и активные резонаторы. Если внутри резонатора нет усиливающей активной среды, то такой резонатор назьшают пассивным. При наличии усиления говорят об активном резонаторе. [c.106]

Бнерация сверхкоротких импульсов. Для генерации СКИ в лазерах используют процесс синхронизации продольных мод резонатора лазера. Для синхронизации мод применяются пассивные и активные методы связывания фаз продольных мод лазера. При одинаковой фазе, навязанной всем продольным модам лазера, синфазное сложение амплитуд электрич, полей приводит к генерации СКИ, длительность к-рых ограничена шириной спектра генерации. В неодимовых лазерах, к-рые обычно используют в Ф. с., достигается генерация СКИ длительностью 10" — 10 с при помещении в оптич. резонатор лазера насыщающихся органич. красителей—для пассивной синхронизации мод, а также акустооптич. и эл.-оптич. модуляторов света—для активной синхронизации мод. В методе активной синхронизации мод сфазирование отдельных продольных мод осуществляется с помощью помещаемого внутрь резонатора модулятора для управления потерями резонатора внеш. периодич. сигналом с частотой, равной или кратной частотному интервалу между продольными модами резонатора лазера [3 ]. [c.280]

Известны два типа оптических гироскопов — пассивный и активный. Пассивный гироскоп представляет собой кольцевой интерферометр Саньяка, на выходе которого интерферируют две противоположно распространяющиеся волны [15]. Активные оптические гироскопы основаны на расщеплении частот генерации встречных волн кольцевых лазеров при их вращении в плоскости резонатора [16]. [c.219]

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]

Оптическая схема накачки. Резонатор (блок III). В расчетах энергетических характеристик излучения ГЛОН блок II рассматривается как блок входной информации. Задаваясь необходимой длиной волны генерации ГЛОН и конкретной активной средой, можно определить на осное анализа (см. п. 3.3) вариант оптической схемы накачки, который обеспечит наибольшую эффективность процесса генерации в ГЛОН. Оптическая схема накачки включает в себя дифракционные решетки, отражающие и формирующие поле накачки зеркала и собственно резонатор ГЛОН. Выбор резонатора может быть основан на результатах расчета открытого или волноводного резонатора (пассивного или активного), как самостоятельной задачи с учетом заданной длины волны генерации и требований, предъявляемых к характеристикам излучения ГЛОН. Как и схема. ГЛЭВ, структурная схема ГЛОН реализуется по основным этапам, приведенным на рис. 2.7. Характеристики этих этапов для схемы ГЛОН полностью совпадают с характеристиками схемы ГЛЭВ. [c.155]

Синхронизация мод, как и генерация моноимпульса, может быть реализована и активными и пассивными методами. В первом случае необходимо искусственно периодически модулировать параметры резонатора с частотой, равной или кратной разности частот соседних мод, что делается, например, модуляторами на основе акусто-онтического или электроонтического эффектов. При модуляции на частоте й, кроме несущей частоты Ио, появляются боковые частоты й+й)о и й)о— 2, которые, в свою очередь, будут играть роль вынуждающей силы для более далеких от центра продольных мод. В результате эквидистантно расположенные продольные моды будут синхронизированы единой вынуждающей силой. В случае когда частота выбрана равной mQ т—целое число), то будут синхронизироваться продольные моды с частотами, отличающимися в т раз от межмодового интервала, и в результате на аксиальном периоде будет генерироваться т импульсов. [c.205]

Третья глава начинается с обзора различных режимов генерации лазера, включая режимы активной и пассивной модуляции добротности резонатора, синхронизации продольных и поперечных мод, модуляции нагрузки. Вводятся, анализируются и широко используются балансные уравнения (уравнения Статца— Де Марса и их модификации). На основе этих уравнений излагаются различные вопросы динамики одномодовых лазеров переходные процессы, приводящие к затухающим пульсациям мощности излучения, появление незатухающих пульсаций мощности при наличии слабой модуляции потерь, генерация гигантских импульсов при мгновенном включении добротности. Сопоставляются электрооптический и акустоопти-ческнй способы активной модуляции добротности. Подробно анализируются процессы в лазерах с просветляющимися фильтрами. Синхронизация продольных мод обсуждается с использованием как спектрального, так и временного подходов. При рассмотрении самосинхронизации мод в лазере с просветляющимся фильтром применяется временное описание на основе флуктуационных представлений. Временной подход используется также для описания акустооптической синхронизации мод в лазере с однородно уширенной линией усиления. Отдельно обсуждаются методы исследования сверхкоротких световых импульсов. [c.5]

Режим генерации гигантских импульсов при пассивной модуляции добротности резонатора. Пассивная модуляция добротности основана на применении нелинейных элементов, характеристики которых меняются в зависимости от мощности излучения, генерируемого в активном элементе. Широко используются просветляюищеся фильтры — оптические затворы, работающие на основе нелинейно-оптического явления просветления среды >. Наряду с нелинейными фильтрами применяют также нелинейные ячейки на основе вынужденного рассеяния Мандельштама—Брил-люэна, полупроводниковые зеркала с коэффициентом отражения, зависящим от интенсивности падающего светового пучка, и др. [4]. [c.273]

На рис. 3.4 показан процесс развития гигантского импульса при пассивной модуляции добротности резонатора лазера с импульсной накачкой. Модуляция добротности осуществляется за счет применения просветляющегося фильтра. Кривая Р f) на рисунке описывает изменение во времени мощности генерируемого излучения там же показано изменение во времени коэффициента резонансного поглощения фильтра на частоте генерации (кривая (0) и плотности инверсной заселенности уровней активной среды (кривая N (f)). Исходное состояние соответствует непросветленному фильтру (х = XoJ в этом состоянии пороговое значение плотности инверсной заселенности достаточно велико (обозначим через Л пор max)-По мере поступления в активный элемент излучения накачки величина N будет расти. Как только она достигнет значения N ov max. начнется процесс генерации ). Этот момент времени выбран на рисунке в качестве начального момента t = 0). Как и при активной модуляции добротности, процесс формирования гигантского импульса состоит из двух этапов длительного этапа ждленного (линейного) развития (длительность этапа io) и короткого этапа быстрого (нелинейного) развития (длительность этапа При пассивной модуляции добротности этап линейного развития примерно на порядок длительнее, чем при активной модуляции он составляет теперь примерно 1 мкс. Это объясняется тем. [c.274]

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]

В качестве оптически бистабильных устройств широко используются пассивные оптич. резонаторы (ОР), содержащие нелинейные среды, где обратная связь возникает за счёт отражения от зеркал системы с распределённой обратной связью (встречные волны непрерывно взаимодействуют во мн. сечениях нелинейной среды) оптоэлектронные гибридные системы, в к-рых обратная связь осуществляется за счет управления параметрами оптич. среды электрич. сигналом с детектора прошедшего светового потока. Представляет интерес безрезонаторная О. б., обусловленная корреляциями пар атомов в сильном эл.-магн. поле. Оптич. гистерезис и О. б. возникают также в сложных активных лазерных системах. [c.428]

Оптические реперы. Используемые в СВЧ-диапазоне методы получения узких спектральных линий оказались не применимыми в оптич. области спектра (доплеровское уширение мало в СВЧ-диапазоне). Для О. с. ч. важны методы, н-рые позволяют получать резонансы в центре спектральной линии. Это даёт возможность непосредственно связать частоту излучения с частотой квантового перехода. Перспективны три метода метод насыщенного поглощения, двухфотонного резонанса и метод разнесённых оптич. полей. Осн. результаты по стабилизации частоты лазеров получены с помощью метода насыщенного поглощения, к-рый основан на нелинейном взаимодействии встречных световых волн с газом. Нелинейно поглощающая ячейка с газом низкого давления может находиться внутри резонатора лазера (активный репер) и вне его (пассивный репер). Из-за эффекта насыщения (выравнивание населённостей уровней частиц газа в сильном поле) в центре доплеровски-уширен-ной линии поглощения возникает провал с однородной шириной, к-рая может быть в 10 —10 раз меньше доплеровской ширины. В случае внутренней поглощающей ячейки уменьшение поглощения в центре линии приводит к появлению узкого пика на контуре зависимости мощности от частоты генерации. Ширина нелинейного резонанса в молекулярном газе низкого давления определяется прежде всего столкновениями и эффектами, обусловленными конечным временем пролёта части- [c.451]

Т. л. с успехом работают в режиме модуляции добротности резонатора, что позволяет генерировать гигантские импульсы, длительность и энергия к-рых зависят от скорости включения затвора и свойств активной среды. Обычные значения длительности таких импульсов (1 — 10)10 "с. Их пиковая моншость ограничивается при этом оптнч, прочностью активных и пассивных элементов резонатора, к-рая обычно составляет величину [c.49]

Система уравнений (4.2)—(4.6) может быть использована для анализа многомодового режима как при пассивной модуляции добротности, так и при свободной генерации. Для этого следует лишь отбросить уравнение (4.5) и последний член в уравнении (4.6). Ниже будут изложены результаты численного исследования системы уравнений, аналогичной системе (4.4)—(4.6), но несколько упрощенной вследствие использования предположения о том, что внутри резонатора могут существовать только продольные моды (поперечный индекс опущен) и неоднородность продольного распределения плотности мод в резонаторе не учитывается ( F и приняты равными единице). Поскольку контур линий усиления в активной среде чаще всего может быть аппроксимирован лорен-цовской (однородное уширение — рубин, гранат и другие кристаллы) или гауссовской (стекла) зависимостью, имеющей максимум в центре линии усиления, а спектральные кривые поглощения фототропных веществ — некоторой линейной зависимостью с углом наклона, различающимся для разных красителей и рас- [c.180]

Третий и четвертый члены в правой части уравнения (4.144) описывают изменение инверсии рабочих уровней под действием накачки и спонтанных переходов. Если длительность генерируемых импульсов настолько мала, что за время, равное их длительности, изменение инверсии под действием накачки и за счет спонтанных переходов невелико, то третьим и четвертым членами в уравнении (4.144) можно пренебречь. Это, как правило, справедливо для режима модулированной добротности. В случае модуляции добротности (исключая пассивные методы с использованием фото-тропных веществ) изменение добротности соответствует изменению во времени коэффициента полных потерь к от пот (О-Необходимо отметить, что V в уравнении переноса (4.146) — так называемая эффективная скорость фотонов в резонаторе с активным и фототропным элементами. Она позволяет избежать математических трудностей, связанных с тем, что активная и фото-тропная среды находятся в различных областях пространства и учитывает реальное замедление фотонов в активной среде (скорость распространения v — с/п) и в фототропной (скорость распространения Кф =с1пф). Для случая, когда используется полностью система уравнений (4.144) — (4.146), т. е. при введении фототропного затвора в резонатор, формула для эффективной скорости движения фотонов в резонаторе может быть записана в виде [c.222]

Для оценки выходной мощности излучения лазера можно использовать уравнения одномодового лазера (2.6), описывающие поведение во времени полной энергии поля излучения в резонаторе и полной инверсной населенности активной среды. Согласно уравнению скорость изменения полной энергии поля (или, что то же самое, циркулирующая в резонаторе мощность излучения) dW/dt складывается из двух составляющих мощности, теряемой в резонаторе (—W/xp), и мощности, выделяющейся в резонаторе (- D((n)NpW/Vp). Потери мощности происходят по двум каналам внутрирезонаторные (пассивные) потери на элементах резонатора (Рвн) и потери на полезное излучение через выходное зеркало лазера (Явых). Используя (2.14), (2.17), легко найти выражения для полной теряемой мощности в резонаторе и ее составляющих Рвн и Рвых [c.65]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...