Принципы усиления света

Принцип усиления света в оптических квантовых генераторах по трехуровневой схеме, который лежал в основе создания лазерных установок, был предложен Н. Г. Басовым и А. М. Прохоровым в 1955 г. Независимо от них американский физик Ч. Таунс с сотрудниками осуществил квантовый генератор электромагнитного излучения на молекулах аммиака. Эти работы советских и американских физиков положили начало бурному развитию квантовой электроники, за что им в 1964 г. была присуждена Нобелевская премия по физике. [c.383]

Принципы усиления света [c.258]

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]

В соответствии с принципом деления квантовых приборов в зависимости от используемого участка электромагнитного спектра широкое применение в иностранной литературе получили термины мазер и лазер . Мазер — усиление микроволн с помощью стимулированного излучения энергии. Лазер -— усиление света с помощью стимулированного излучения энергии. [c.501]

Сечение лазерных переходов. Лазерная генерация с метаста-бильного уровня Fz/2y в принципе, возможна для перехода на любой штарковский подуровень нижних мультиплетов (уровень 2), Однако на практике, как отмечалось выше, генерация оказывается эффективной лишь для малого числа таких переходов. Объясняется это тем, что коэффициенты усиления света при переходе на разные подуровни оказываются различными. [c.23]

Принцип действия. Для осуществления лазерной генерации в режиме самовозбуждения необходимо, как известно, обеспечить 1) амплитудное условие генерации, т.е. создать усиление в активной среде, достаточное для компенсации всех видов потерь 2) фазовое условие генерации, т.е. реализовать положительную обратную связь за счет использования оптических резонаторов либо самопроизвольно записывающихся объемных фазовых решеток в нелинейной среде 3) затравочное шумовое излучение, из которого развивается генерация. В традиционных лазерах усиление возникает в процессах вынужденного излучения в активной среде с инверсной населенностью. При пороговом значении накачки усиление света компенсирует его потери [c.9]

Объясните принцип параметрического усиления света в нелинейной среде. Какую роль играет здесь условие пространственного синхронизма [c.497]

Отметим, что, как видно из (Д.1.14), в классической модели коэффициент поглощения а всегда положителен и, следовательно, усиление света невозможно. Действительно, как упоминалось и раньше, эффект вынужденного излучения, приводящий к усилению света, имеет квантовую природу. Но его легко ввести в нашу классическую модель в духе принципа соответствия Бора. Для этого в уравнение (Д.1.14) вместо полного числа резонансных частиц в единице объема Му нужно ввести разность населенностей (квантовый параметр) резонансного перехода М = = М2 - Мх. Тогда получим [c.296]

В предыдущих параграфах, посвященных описанию принципа действия и конкретных схем лазеров, основное внимание концентрировалось на энергетической стороне дела, а именно, на методах образования достаточно большой инверсной заселенности и на усилении поля в активной среде. Существенную роль при этом играл резонатор, зеркала которого отражали падающий на них свет в активную среду и тем самым способствовали достижению порога генерации. Однако, помимо указанной функции, резонатор выполняет и другую — формирует пространственно когерентное и монохроматическое излучение. [c.794]

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]

На рис. 2.24, б приведено изменение fz> в функцин скорости с для реше-ток-модуляторов с различным D. Сравнение диапазонов изменения доплеровской частоты для ЛДА и ЛРА говорит о том, что в ЛРА сдвиг fn на единицу скорости меньше, и поэтому проблема значительного усиления сигнала с фотоприемника не представляет трудностей, так как широкая полоса пропускания усилителя не обязательна. Так, для решетки с D=4Q0 мкм вполне достаточно иметь усилитель с полосой около 10 мГц. В этом случае легко получить усиление примерно 200—300 раз с малым шумом, приведенным ко входу усилителя. Лазерные доплеровские анемометры, как следует из принципа их действия,, инвариантны к оптическим неоднородностям, движущимся вместе с потоком. Необходимо только, чтобы коэффициент скольжения этих частиц мало отличался от единицы и частицы хорошо рассеивали свет. Поэтому калибровку лазерных анемометров по скорости можно осуш,ествлять просто с помощью вращающихся прозрачных дисков путем сравнения доплеровской частоты с угловой скоростью вращения. Сигнал дает естественные рассеивающие неоднородности, возникающие при обработке дисков. [c.54]

Эти обстоятельства (особенно второе) приводят к потере части информации о волне. Если бы было реальным наблюдать каждое отдельное колебание напряженности электрического поля, то вряд ли вообще нашелся бы повод для грандиозной дискуссии о природе света. По этой причине доказательства волновой природы света носят косвенный характер. Знание закономерностей усиления волн позволяет рассчитывать интерференционные и дифракционные картины. Соответствие расчетов и наблюдений доказывает, что картины образованы действительно волнами, так как принцип сложения волн лежит в основе расчета. [c.62]

О тех случаях, когда в среде выполнено условие М2>М, известное как инверсия населенностей, в (9.37) а<0 (отрицательный коэффициент поглощения) и интенсивность волны в соответствии с (9.38) нарастает по мере ее распространения. Усиление падающего пучка света осуществляется за счет того, что при N2>N переходы с вынужденным испусканием фотонов происходят чаще, чем переходы с поглощением. Так как возникающие при вынужденном испускании фотоны тождественны с фотонами, вызвавшими испускание, когерентные свойства исходного пучка полностью сохраняются. Таков принцип действия квантового усилителя излучения. Различные способы создания необходимой для его работы среды с инверсией населенностей (активной среды) рассмотрены в 9.4. Важно отметить, что для создания активной среды всегда требуется подведение извне дополнительной энергии, которая затем при вынужденном испускании частично преобразуется в энергию усиливаемого электромагнитного излучения. [c.443]

Отсюда видно, что для создания лазера в равной мере необходимы как усиливающая свет активная среда (усиление обеспечивается вынужденным излучением в условиях инверсии населенностей рабочих квантовых состояний), так и оптический резонатор — устройство, реализующее принцип оптической обратной связи и обеспечивающее многократное прохождение усиливаемого излучения по активной среде. [c.9]

В свете того же принципа мы можем определить, насколько было бы ухудшено восприятие высоты тона при ограничении числа колебаний, совершенных за время звучания тона. Согласно определению Гельмгольца, уже приведенному выше ( 388), внутренние колебания, возбужденные и затем предоставленные самим себе, остаются заметными в продолжение приблизительно 10 периодов. Число импульсов, необходимых для создания почти полного эффекта, имеет этот порядок величины. Если увеличить это число сверх 20 или 30, то дальнейшее усиление концентрации эффекта вблизи максимума будет невелико, а потому мало оснований ожидать большей точности в оценке высоты тона. [c.435]

Касательные лучи дают нулевой коэффициент усиления, кроме случая р = 0, где мы получаем 61 = 02=1 как для полностью отражающего шара. В отличие от случая Р = 1, когда основной вклад в интенсивность в направлении 0 = 0 дают лучи с р = 1, эту величину в принципе нельзя отделить от дифрагированного света, как будет показано ниже (разд. 17.22 и 17.26). [c.270]

Наиболее простые усилительно-регистрирующие схемы построены по принципу прямого усиления фототока от линии с помощью усилителя постоянного тока. Эти схемы имеют существенный недостаток вместе с полезным сигналом они регистрируют фон пламени, маскирующий полезный сигнал. В более совершенных схемах использован модулированный источник света и узкополосный усилитель, настроенный на частоту модуляции, что позволяет значительно снизить чувствительность схемы к фону пламени, повысить коэффициент усиления и тем самым добиться более высокой чувствительности. Применяли также двухканальные схемы, в которых элементом сравнения служил неразложенный свет источника или одна из линий его спектра. Эти схемы довольно сложны и не дают значительных преимуществ. [c.118]

Принцип фотокопирования, осуществляемого по импульсной системе, показан на фиг. 152. Закрепленная на копировальной части машины фотоэлектронная головка имеет в своем корпусе электрическую лампочку /, дающую пучок света. Последний, попадая на неподвижное, наклонное зеркало 2, собирается эксцентричной линзой 3, вращающейся от двигателя 4, и фокусируется в яркую точку на поверхности чертежа. Фотоэлемент 5 находится в закрытой коробке и воспринимает только лучи, отражающиеся от белого фона чертежа. В том же случае, когда световая точка попадает на черную линию чертежа, фотоэлемент практически световых лучей не получает. Степень освещенности фотоэлемента лучами, отражаемыми от белой бумаги в процессе копирования, не остается постоянной, так как световая точка (точнее, световое пятно круглого очертания) равномерно вращается по кольцевой орбите, пересекая линию чертежа с частотой, соответствующей частоте переменного тока, и фотоэлемент генерирует импульсы фототока. Эти импульсы, усиленные электронным усилителем 6, подаются на сетки двух тиратронов 7, [c.342]

Этот метод сканирования, предложенный в [9.116], фактически основан на усилении света, отраженного от того или иного участка поверхности ПВМС (рис. 9.20). Усиление в данном случае осуществляется за счет двухволнового (или четырехволнового) взаимодействия на смещенной фазовой решетке в ФРК- При этом желателен нелинейный режим процесса, что в принципе при больших про- [c.247]

О В чем состоит физический смысл пространственного синхронизма Каким образом осуществляется пространственная синхронизация В чем состоит физический смысл векторного условия Т1ростран-ственной синхронизации Опишите принцип параметрического усиления света и его применение в параметрических генераторах света. [c.337]

ИК или УФ) в видимое. Наиб, важное ограничение усилителей-преобразователей заключается в потере информации о распределении фаз исходной световой волны поэтому их используют для усиления яркости изображений, когда достаточно передать лишь распределение интенсивности по полю зрения, В принципе, если применять вместо управляемого транспаранта динамич. голограмму (см. Дипамиче-скал го.аография). то, восстанавливая световое полб светом большой яркости, можно восстановить его полностью, в т. ч. и распределение фаз, увеличив при этом его яркость. Пока такие У, я. не получили заметного применения в оптич. системах из-за трудностей создания динами , голограмм. [c.243]

Еще более изящный способ использования излучения моды высокого порядка был преддожен внесшим большой вклад в теорию и практику одночастотных лазеров Ю.В. Троицким. Он состоит в замене полупрозрачного выходного зеркала на полностью отражающее с единственным полупрозрачным участком, имеющим намного больший коэффициент пропускания и приходящийся точно на одно из пятен [132]. Правда, при этом снижается конкурентоспособность именно той моды, которую мы пытаемся использовать меньшими потерями, по сравнению с ней, начинают обладать те моды, у которых на полупрозрачный участок приходится не максимум, а минимум интенсивности. Чтобы, несмотря на это, все же заставить лазер генерировать на избранной моде, приходится вставлять в резонатор маску, поглощающую или рассеивающую свет на участках сечения, соответствующих минимумам распределения ее интенсивности (вдоль пунктирных линий на рис. 1.8,1.9). Такая маска, почти не снижая добротности нужной моды, повышает потери всех остальных с ее помощью в принципе можно добиться одномодовой генерации и при значительном усилении. [c.216]

Огромная популярность ОВФ связана с тем, что эквифазные поверхности такой пары волн оказываются совпадающими не только вблизи узла, осушествляющего эту операцию, но и на любом удалении от него, даже когда среда, в которой они распространяются, является оптически неоднородной. Это позволяет компенсировать фазовые искажегая в лазерных средах принцип компенсации поясняется рис. 4.20. Опорная световая волна 1 с плоской (или иной требуемой) формой фронта подается в активный элемент 2 и проходит через него, усиливаясь и одновременно приобретая фазовые искажения. В узле ОВФ 3 она преобразуется в обращенну ю волну 4, которая, пройдя через тот же элемент в обратном направлении, приобретает требуемую (в данном случае плоскую) форму фронта [9]. Если в качестве опорного пучка использовать, скажем, свет, рассеянный каким-либо объектом, то усиленная обращенная Волна попадет на тот же объект, причем оказываются скомпенсированными фазовые искажения не только в лазерной среде и системе формирования, но и в атмосфере (если, конечно, за время прохождения светом расстояния до узла ОВФ и обратно неоднородности не успевают измениться). [c.250]

Многие поразительные успехи, достигнутые в оптике за последние 10—20 лет, непосредственно связаны с прогрессом в радиоэлектронике, и в частности в таких ее разделах, как техника связи, СВЧ-электроника и радиоастрономия. Наиболее примечательное сходство оптики и радиоэлектроники обнаружилось благодаря успешному применению операционного метода Фурье для анализа процессов образования оптического изображения и в спектроскопии, а также благодаря использованию оптических резонансных систем и управления при помощи оптической обратной связи (например, в лазерах, волоконной оптике и в ин-терферометрическом управлении станками). Исключительная простота оптических вычислительных устройств и когерентных (гетеродинных) детекторов в технике связи подкрепляет эту аналогию. Общность оптики и радиоэлектроники проявляется и в эффективном использовании обеими этими дисциплинами статистических и когерентных свойств электромагнитных сигналов и излучения, в успешном развитии методов усиления яркости света и управления лазерным пучком и, наконец, в недавних новых успехах безлинзовой фотографии и техники автоматического распознавания образов. Нелинейная оптика представляет собой другой пример фундаментальной общности теории и техники эксперимента для всех диапазонов электромагнитных волн. Единство принципов и методов связывает астрономию, радиоастрономию, физику электромагнетизма и радиоэлектронику. Работы по установлению и использованию этих фундаментальных принципов в пределах всего электромагнитного спектра весьма эффективно содействовали появлению новых направлений в науке и технике и привели к созданию новой дисциплины, получившей название радиооптики. [c.15]

При проведении таких измерений мы надеялись использовать автоматический спектрофотометр, позволяющий измерить как коэффициент отражения, так и показатель пропускания и вычислить из них поглощательную способность. Однако конструкция прибора не позволяет изменять температуру образца в столь широких пределах, поэтому был применен принцип, который использовали Эггерт и Ноддак [16]. Образец помещался внутрь шарового фотометра диаметром 15 см недалеко от стенки и освещался светом различной длины волны из двойного монохроматора через горизонтальную трубку с внутренним диаметром 15 мм, расположенную напротив образца. Другая горизонтальная трубка такого же диаметра составляла прямой угол с первой и была направлена на стенку сферы. Свет, выходящий из этой трубки, падал на поверхность фотоумножителя (R A 931 А), смонтированного таким образом [31], чтобы давать усиленный в миллион раз ток, пропорциональный освещенности. Этот ток измерялся при помощи гальванометра. Образец мог вводиться и выводиться из светового луча и отклонение гальванометра регистрировалось в обоих положениях. Поглощение определялось как I — (alb), где а и Ь — отсчеты при введенном и выведенном из луча образце. Для измерений при низкой температуре нижняя половина сферы погружалась в жидкий азот. Температура образца измерялась расположенной вблизи него медно-константа-новой термопарой. [c.311]

Принцип работы лазера в режиме ГИ состоит в том, что благодаря соответствующему устройству (Q-y тpoй твy) можно изменять добротность резонатора в процессе дей-стия импульса накачки. Процесс генерации лазера с Q устройством следующий. В начале действия импульса накачки добротность резонатора низкая. Поэтому порог генерации, а следовательно, и пороговая ннверсность населенности большие. Это означает, что на метастабильном уровне, например у рубина на уровне , или у неодима на уровне / 3/3, накапливается частиц значительно больше при той же накачке, чем в случае добротного резонатора. Получив таким образом максимальную инверсию для низкой добротности резонатора, осуществим мгновенное включение Q-y тpoй твa, обеспечив высокую добротность резонатора. В результате возникает существенное превышение усиления в лазере над потерями и излучается короткий и мощный импульс света. Схематически картина образования ГИ показана на рис. 19.1. Естественно, ско- [c.175]

Фотоэлементы и фотоеопротивления применяются в телевидении, в звуковом кино и в целом ряде специальных схем фотоэлектрической автоматики. В последнее врем удалось осуществить конструкцию, в которой явление усиления тока германиевым триодом сочетается с внутренним фотоэффектом, и создать на этом принципе фотополупроводниковый усилитель. В таком усилителе дырки в германии образуются не в эмиттере, а за счет поглощения света. Эти дырки попадают в сферу действия коллектора и создают усиленный фототок. [c.335]

Поскольку излучение с частотой 0)2 в процессе генерации разностной частоты усиливается, открывается возможность получения разностной частоты двух сигналов сильного (накачка) с частотой 0)3 и очень слабого с частотой 0)2. Если слабый сигнал частоты 0)2 проходит через нелинейный кристалл несколько раз, то на каждом проходе мощность его будет все более и более возрастать одновременно будет нарастать и сигнал на частоте 0)1. Однако слабый сигнал 0)2 совсем не обязательно должен подаваться на кристалл извне соответствующая спектральная компонента может возникать за счет собственных шумов среды. Большое число проходов такого сигнала по кристаллу можно обеспечить, поместив его в резонатор, образованный двумя зеркалами, отражающими на частоте 0)2. Если при этом величина усиления за один проход излучения по резонатору превышает потери за один проход, такая система самрвозбуждается. Речь идет фактически о принципе действия так называемого параметрического генератора света, детально описанного в гл. 7. [c.66]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...