Моды и лучи

Обсуждение этой проблемы началось со статьи 1968 г. [62], где было указано, что если в схемах, изображенных на рис. 4.6, и могут существовать моды с направлением обхода против часовой стрелки, то лишь такие, которые имеют малое сечение. Причины очевидны имеющая большое сечение мода, ход лучей для которой изображен на рис. 4,6а штриховыми стрелками, способна к самовоспроизведению лишь в отсутствие диафрагмы 4, [c.237]

Метод рассеянного света. Параллельные лучи поляризованного света в виде тонкого пучка или полосы пропускаются через объёмную модель и дают в каждой точке на своём пути внутри моде.ии рассеяние света. Состояние поляризации по линии каждого луча от точки к точке меняется соответственно с напряжённым состоянием в этих точках. Рассеянный свет наблюдается в направлениях, перпендикулярных к лучу. [c.327]

Возбуждение волн со стоксовыми и антистоксовыми частотами в фокусированном лазерном луче высокой интенсивности является замечательным явлением, однако экспериментальные условия не обладают достаточной определенностью для того, чтобы проверить теорию и выяснить природу различных физических механизмов этого явления. Возникшую здесь ситуацию можно сравнить с изучением работы и характеристик электронной лампы. В первую очередь лампа исследуется как усилитель слабых сигналов, а не как мощный генератор. С этой точки зрения свойства веществ, использующихся в комбинационном лазере, должны исследоваться в тонких кюветах такой толщины, при которой невозможно самовозбуждение колебаний на комбинационных частотах под действием интенсивного лазерного излучения с частотой мь- В этом случае можно измерить усиление, если направить в кювету также излучение малой интенсивности с частотами со,, или о а. Экспериментально всегда можно поддерживать усиление на уровне меньшем чем 2—3 раза. При этом не будет ни уменьшения интенсивности лазерного излучения, ни заметного возбуждения стоксовых и антистоксовых линий высших порядков. При такой постановке опыта можно независимо контролировать интенсивность, поляризацию, направление и частоту луча лазера и луча стоксовой частоты. В идеальном случае каждый из лучей состоял бы только из одной моды, т. е. был бы монохроматичным и имел бы только дифракционную расходимость. Такие эксперименты могли бы дать надежные значения комбинационных восприимчивостей и обеспечить детальную проверку теории, изложенной в гл. 2 и 4. Схема возможной экспериментальной установки приведена на Фиг. 31. [c.248]

При формулировке результата (23.4) мы придерживались описания в терминах чисел Лкз, характеризующих степень возбуждения нормальной моды из ветви 5 с волновым вектором к. Подобная терминология бывает, однако, очень неудобной, особенно при описании процессов, в которых энергия перераспределяется между нормальными модами или же происходит обмен энергией между системой нормальных мод и другими системами, например электронами, падающими извне нейтронами или рентгеновскими лучами. Обычно вместо того, чтобы говорить о нормальных модах, пользуются эквивалентным корпускулярным описанием, которое аналогично терминологии, применяемой в квантовой теории электромагнитного ноля. В этой теории разрешенные энергии нормальной моды поля излучения в резонаторе определяются выражением (тг + /а) Йсо, где (О — частота рассматриваемой моды. Принято, однако, говорить об п не как о квантовом числе, описывающем степень возбуждения этой моды, а как о числе присутствующих фотонов данного тина. Точно так же, вместо того чтобы сказать, что нормальная мода из ветви х с волновым вектором к находится в Як -м возбужденном состоянии, мы говорим, что в кристалле имеются фононов тина х с волновым вектором к. [c.80]

Свяжем такую моду с лучом, представляющим плоскую ТЕМ-вол-ну, перемещающуюся под углом Ф к оси волокна и распространяющуюся в направлении оси z путем многократного отражения, как это показано на рис. 5.4. Из рисунка видно, что, хотя фазовая скорость в направлении распространения луча равна [c.126]

В диапазоне возникновения мод колебания газа в объеме глушителя, т. е. при / > /.л существенно уменьшается величина снижения уровня шума из-за лучевого эффекта , под которым подразумевается звуковой луч, идущий по оси симметрии канала. Для устранения этого нежелательного явления изменяют продольную форму канала с тем, чтобы звуковые волны испытывали многократные отражения и при этом теряли значительную часть звуковой энергии. Примером такого решения являются глушители с поворотами. [c.159]

Луч аргонового лазера во многом схож с лучом красного Не—Ме-лазера. Угол расходимости луча приблизительно тот же самый, проявляется такое же влияние поперечных мод. Коэффициент полезного действия аргонового лазера, как и вообще ионных лазеров, весьма мал — 0,01—0,1%. [c.43]

МодовАЯ ДИСПЕРСИЯ. Если оптические импульсы, падающие на входной конец волокна, возбуждают большое количество мод (как это имеет место в случае, когда возбуждающий пучок сильно сфокусирован и поэтому его лучи имеют большой угловой разброс), то каждая мода будет распространяться со своей групповой скоростью (f ,)/ в соответствии с выражением (2.5.17). Если на вхо е волокна возбуждены все моды от (О, 0) до (/ , то импульс на выходе волокна при z - L будет уширяться на величину [c.53]

Упражнение 2. Наблюдение структуры мод и измерение их угловой расходимости. Диаметр диафрагмы 9 уменьшите так, чтобы осуществить выделение одной основной моды. С помощью линейки на экране 8 измерьте размер пятна и определите угловую расходимость излучения. Далее при широко раскрытой диафрагме произведите измерение угловой расходимости в режиме генерации многих поперечных мод. Затем выделите отдельные высшие поперечные моды. Этого можно достичь путем небольшой разъю-стировки зеркал резонатора, поскольку чувствительность разных поперечных мод к разъюстировке зеркал различна. Другой способ заключается в использовании тонких металлических проволочек, которые вносятся в луч лазера внутри резонатора. Зарисуйте структуру поля и измерьте угловую расходимость наблюдающихся поперечных мод высших порядков. [c.307]

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 режиме многомодовой генерации максимальная энергия излучения лазера есть W = здесь — полное число генерируемых мод или, что то же, разреши.мых элементов изображения на пространственном модуляторе света. Извлекаемая из активного элемента энергия распределяется по большому числу мод, и энергетический режим работы лазера не обладает каки.ми-либо существенными особенностями. Иначе обстоит дело в режиме одномодового сканирования, когда вся извлекаемая из активного эле.мента энергия, пропорциональная площади диафрагмы проходит через одномодовую диафраг.мы ад ф. Малое значение излучаемой энергии приводит к то.му, что сканирующий одномодовый лазер должен работать при весьма малом превышении над порогом, с сильным недоиспользованием запасенной в эле.менте энергии и связанными с этиы повышенными требованиями к стабилизации энергии накачки, пространственной однородности пропускания ПМС и потерь резонатора при сканировании луча во всем поле зрения. [c.192]

При построении лазера надо решить две ключевые проблемы обеспечить получение инверсной заселенности рабочих квантовых состояний (чтобы усиление за счет вынужденно о излучения доминировало над ослаб-лсггием оптического излучения из-за потерь) и создать достаточно высокодобротный оптический резонатор. Первая проблема решается при помощи того или иного источника накачки, создающего и поддерживающего инверсную заселенность рабочего перехода (рис. 1.1 ), вторая - путем установки отражающих зеркал, формируюодих стационарную конфигурацию электромагнитного поля — гак называемых собственных мод оптического резонатора (рис. Лб). В резонаторе устанавливается стационарное распределение электрического и магнитного полей световой волны в поперечном (поперечные моды) и продольном (продольные моды) направлениях по отношению к оси резонатора. Сплошными линиями на рис. 1Лб показан ход лучей нормалей к фронту волны последний дан штриховыми линиями в различных сечениях пучка. В каждой точке поверхности зеркал кривизна фронта собственных мод оптического поля в точности совпадает с кривизной поверхности зеркал. [c.10]

Обратимся теперь к эффектам, обусловливаемым различием в пространственной когерентности смешиваемых лучей. Предположим, что длина волиы излучения разностной частоты равна или больию поперечного сечения лучей или нелинейного кристалла. Тогда мощность, генерируемая на разностной частоте, пропорциональна квадрату средней по поперечному сечению поляризации с частотой С02—0)1. Поляризация, в пространственном распределении которой по поперечному сечению имеются узлы, не может излучать, если размеры поперечного сечения малы по сравнению с длиной волны. В этом случае интерференция гасит излучение. Поэтому излучение на разностной частоте могут давать только те моды двух лучей света, которые имеют одно и то же пространственное распределение, причем длина волны излучения должна быть больше диаметра пучков света. Если в каждом пучке имеется соответственно /1 и /2 пространственных мод, то интенсивность излучения разностной частоты у.меньшается в / раз, где / — большее из двух чисел /1, /2. При получении из света излучения разностной частоты, находящейся в диапазоне СВЧ, важно иметь лучи, обладающие только дифракционной расходимостью. Коэффициент ослабления интенсивности обусловлен по существу ограничениями конечных состояний в фазовом пространстве на низких частотах. [c.209]

Из численных методов отметим прямую оценку поля по его интегральному представлению (см. 12), метод нормальных волн в волноводных задачах (см. 15), гибридные подходы, где звуковое поле представляется в виде смеси мод и не имеющих каустик пучей [65, 160, 354, 407], метод параболического уравнения [112, 175, 243], а также метод суммирования гауссовых пучков [22, 23, 477]. Под гауссовым пучком в зтом контексте понимают высокочастотное асимптотическое решение волнового уравнения, сосредоточенное в окрестности луча. Поля гауссовых пучков не имеют особенностей на каустиках [19. 22]. О применении метода суммирования гауссовых пучков к расчету волновых полей в неоднородаой жидкости или упругой среде, в том числе при наличии сложных фокусировок, см.[136, 141. 325, 379, 477], атакжеобзор [22]. Отметим, что в изотропной упругой среде фокусировка поля в окрестности каустического клюва проявляется сильнее, чем в жидкости [22]. [c.385]

Потери в волокне зависят не только от качества материала сердцевины. Значительную роль играет также и материал оболочки. Прн полном внутреннем отражении Электромагнитные волны проникают через раздел сердцевина — оболочка и распространяются в оболочке. Таким образом, небольшая доля всей оптической мощности распространяется в оболочке. И если оболочка имеет плохое качество или большое поглощение, то она будет вносить заметный вклад в общие потерн в волокне. Поэтому прн изготовлении оптических волокон с минимальными потерями для оболочки используют такие же высококачественные и тщательно очищенные материалы, как и для сердцевины. При этом необходимо обеспечить, чтобы рассеянный оболочкой свет не распространялся в волокне и не дохо-дил до фотодетектора, поскольку это может увеличить разницу в скоростях распространения различных мод и тем самым увеличить дисперсию волокна. Избежать этого можно двумя способами сделать наружные слои оболочки поглощающими, чтобы рассеянные лучи ими ослаблялись, а распространяющийся в сердцевине свет ие испытывал никакого влияния со стороны оболочки окружить саму оболочку защитным слоем полимера с более высоким показателем преломления, в котором рассеянные лучи света будут поглощаться в процессе распространения. [c.76]

Управление параметрами лазерного излучения представляет собой процесс, обеспечивающий изменение одного или нескольких параметров, характеризующих луч. К ним относятся мощность излучения для лазеров, работающих в непрерывном режиме, энергия излучения и длительность импульса, определяющие мощность излучения лазеров в импульсном режиме, плотность лучистого потока, угловая расходимость и распределение интенсивности по поперечному сечению пучка, частота или длина волны излучения, поляризация. В ряде случаев необходимо учитывать модо-вый состав излучения и степень когерентности. [c.69]

Акустооптичеекое взаимодействие в оптических волноводах. В оптич. волповодах, представляющих собой тонкий слой прозрачного материала на поверхности подложки (т. н. планарные волноводы), возникает взаимодействие оптич. волноводных мод с поверхности ными акустическими волнами (ПАВ), обычно рэлеев-скими. В результате появляется свет, распространяющийся вдоль плоскости волновода, но отклонённый от своего первоначального направления. Для эфф. дифракции необходимо, чтобы в н.поскости волновода световые лучи падали на пучок ПАВ под соответствующим брэгговским углом. Поскольку даже в изотропной волноводной системе скорости распространения разных оптич. мод отличны друг от друга, то при разл. углах падения светового пучка возможна как дифракция света без изменения номера моды, аналогичная обычной брэгговской дифракции, так и дифракция, при к-рой падающий и дифрагированный свет принадлежит к разным волноводным модам. В последнем случае законы дифракции аналогичны закономерностям анизотропной дифракции, возникающей при взаимодействии объемных волн в двулуче-преломляющей среде. В волноводных системах распределение как эл.-магн. полей для оптич. моды, так и поля деформации в ПАВ неоднородно в поперечном сечении волновода. Эффективность акустооптич. диф- [c.49]

Различают устойчивые и неустойчивые моды О. р. (впрочем, иногда говорят просто об устойчивости О. р. как таковых). Устойчивой считается мода, скелетные геометрооптич. лучи к-рой локализованы внутри каустики, лежащей внутри О. р. На рис. 1 в показан каркас лучей для первой симметричной моды устойчивого двухзеркального О. р. со сферич. зеркалами с фокусными расстояниямии Каустич. поверхность имеет характер гиперболоида вращения. Она существует, если [c.492]

При рассмотрении О. з. возможен также лучевой подход, к-рый основан на принципах геометрической акустики. Падающее излучение рассматривается как совокупность лучей, взаимодействующих с границей раздела. При этом учитывается, что падающие лучи не только отражаются и преломляются обычным образом, подчиняясь законам Снелля, но и что часть лучей, падающих на поверхность раздела под определёнными углами, возбуждает т. н. боковые волны, а также вытекающие поверхностные волны (Рэлея и др.) или вытекающие волноводные моды (Лэмба волны и др.). Распространяясь вдоль поверхности раздела, такие волны вновь переизлучаются в среду и участвуют в формировании отражённой волны. Для практики осе. значение имеет отражение сферич. волн, коллимированных акустич. пучков конечного сечения и фокусированных звуковых пучков. [c.508]

Несмотря на то что к настоящему времени накоплен большой практический опыт по влиянию геометрических факторов на устойчивость рабочего процесса РДТТ, он еще не систематизирован в достаточной степени и не сведен к каким-либо расчетным методикам. Например, обнаружено, что поперечные моды колебаний с большей вероятностью возникают в зарядах с цилиндрически симметричными каналами, чем в зарядах с каналами более сложной симметрии (рис. 67). Заряды с внутренним каналом в форме пяти- или семиконечной звезды более благоприятны в отношении устойчивости, чем заряды с каналами в форме звезды с четырьмя или шестью лучами. Для подавления поперечных мод весьма эффективным средством является размещение вдоль оси канала механических элементов (демпфирующих стержней). Подавление продольных мод колебаний может быть достигнуто размещением в камере перегородок с отражающими поверхностями. [c.124]

Другие важные дополнения включают в себя некоторые разделы традиционной оптики (например, метод матрицы лучей, интерферометр Фабри — Перо и многослойные диэлектрические зеркала), описание распространения гауссова пучка (закон AB D) и теорию релаксации колебаний и активной синхронизации мод. [c.8]

Прежде чем продолжить рассмотрение неустойчивых резонаторов, необходимо указать здесь причины, почему эти резонаторы представляют интерес для лазерной техники. В первую очередь подчеркнем, что для устойчивого резонатора, соответствующего на плоскости gi, g2 точке, которая расположена не очень близко к границе неустойчивости, размер пятна в любом случае имеет тот же порядок величины, что и у конфокального резонатора (см. рис. 4.35). Отсюда следует, что при длине резонатора порядка метра и для длин волн видимого диапазона размер пятна будет порядка или меньше 1 мм. При таком небольшом сечении моды выходная мощность (или энергия) лазерного излучения, которую можно получить в одной поперечной моде, неизбежно оказывается ограниченной. Наоборот, в неустойчивых резонаторах поле не стремится сосредоточиться вблизи оси (см., например, рис. 4.6), и в режиме одной поперечной моды можно получить большой модовый объем. Однако при работе с неустойчивыми резонаторами возникает другая проблема, связанная с тем, что лучи стремятся покинуть резонатор. Поэтому соответствующие моды имеют значительно ббль-шие (геометрические) потери, чем моды устойчивого резонатора (в котором потери обусловлены только дифракцией). Тем не менее данное обстоятельство можно даже обратить в преимущества, если лучи, которые теряются на выходе из резонатора, включить в полезное выходное излучение лазера. [c.220]

ОКУ) и другие элементы, назначение которых очевидно из их наименований. Штрихованные соединения между блоками соответствуют световым связям блоки, обведенные штриховыми линиями, включаются в зависимости от используемых методов модуляции (внутренней или внешней) и приема (прямое детектирование или супергетеродикное). Особенностями системы являются прежде всего диапазон рабочих длин волн и когерентность излучения. Эти особенности приводят к необходимости создания устройств точного нацеливания антенн передатчика и приемника, так как диаграммы направленности их могут определяться значениями нескольких дуговых секунд (при малых весах и габаритах антенных систем). Случай широкой диаграммы направленности антенны передатчика имеет место, когда сигнал ОКГ является сложным и состоит из большого числа типов колебаний (мод). Однако, даже если лазер передатчика работает на одном типе колебаний, часто необходимо иметь широкий луч, хотя бы для успешного решения задачи нацеливания (перехвата) и слежения за связным ретранслятором 1). В то же время узкие диаграммы направленности позволяют реализовать существенно большие дальности связи, однако и здесь возникают свои проблемы, связанные с обзором больших объемов пространства узкими лучами за короткие интервалы времени, и проблемы стабилизации направления луча. Создание прецизионных быстродействующих устройств нацеливания узких лучей, обеспечение одномодового режима работы ОКГ, разработка точных устройств сопровождения позволят полностью реализовать экстремальные характеристики направленности лазерных систем. В этом случае сечение луча может приблизительно совпадать с поверхностью апертуры приемной системы, поверхностью ретранслятора или цели кроме того, случай полного перекрытия целью сечения луча имеет место при посадке объекта на земную или лунную поверхность. [c.17]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...