Основные принципы работы лазера

ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ РАБОТЫ ЛАЗЕРА [c.265]

Данное третье издание является существенно обновленной версией предыдущего и предпринято в связи с многочисленными и значительными успехами, достигнутыми в области лазеров со времени выхода в свет второго издания в 1982 г. > Тем не менее основная идея книги, состоящая в том, чтобы дать всеобъемлющее и единое описание процессов в лазерах на простейшем уровне, который еще согласуется с правильной физической картиной, осталась без изменения. Сохранена также и общая организация книги, которая, таким образом, предназначена в равной степени для аудиторных и самостоятельных занятий студентов инженерных, физических и химических специальностей, заинтересованных в понимании принципов работы лазеров. [c.8]

Принципы работы большинства газовых лазеров изучены достаточно глубоко. Основной проблемой сегодня является переход от изучения принципа работы лазера к созданию лазера как прибора, способного решать необходимые прикладные задачи. И эта проблема является не менее сложной, чем изучение и исследование принципов работы лазера. Для ее успешного решения необходимо использовать и классический опыт работы оптического и оптико-электронного приборостроения и самые прогрессивные методы разработки и конструирования современных приборов, основанные на применении и использовании ЭВМ в этих процессах. [c.60]

Принцип работы лазера. Инверсная населенность. Рассматриваемый нами лазер на гранате с неодимом работает по так называемой четырехуровневой схеме [3, 8, 18—21]. Ионы неодима, расположенные внутри кристалла граната, имеют систему энергетических уровней, схематически изображенную на рис. В. 1. Первый уровень, называемый основным, соответствует минимально возможному значению энергии, которую могут иметь ионы. Число ионов, имеющих минимальную энергию (находящихся на основном уровне), составляет большинство. Число ионов, находящихся на более высоких уровнях энергии, заметно меньше и оно подчиняется равновесному распределению Больцмана [8, 18—21] [c.5]

Основной принцип работы всех типов лазера одинаков. Лазерная установка состоит из одного, двух, трех и более источников света высокой интенсивности, смонтированных внутри камеры с рубиновым стержнем (например, из розового рубина, состоящего из окиси алюминия и примеси хрома до 0,05%). На концах рубинового стержня имеются параллельные зеркала. Одно зеркало имеет отражательную способность 100%, другое — менее 100% с отверстием для выхода луча. [c.197]

Выяснив основные принципы работы экспертных систем, можно подробнее обсудить их возможности. Авторы [10] в своем руководстве по экспертным системам идентифицировали десять областей применения таких систем. Эти десять задач, показанные на рис. 10.24, предполагают, что экспертные системы пригодны для использования во всевозможных случаях принятий решений, от конструирования лазеров (в рамках заданных ограничений) до выделения источников поломок в оптических системах. [c.324]

Применение различных типов лазеров во многих областях машино- и приборостроения и правильная их эксплуатация невозможны без четкого представления о принципах работы оптических квантовых генераторов и об основных физических явлениях, в них происходящих. Преимущества и перспективность использования лазеров в машино- и приборостроении определяются не только прогрессом в области собственно лазерной техники, но и умелым, научно обоснованным выбором оптимальных для каждого конкретного применения режимов работы лазера и параметров его излучения. [c.3]

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]

Химические лазеры представляют интерес по двум основным причинам 1) они являются интересным примером прямого преобразования химической энергии в электромагнитную 2) от этих лазеров в принципе можно получать высокую выходную мощность (в непрерывном режиме) или высокую выходную энергию (в импульсном режиме), что обусловлено весьма большим выделением энергии в экзотермической реакции, которую можно использовать в работе лазера [c.397]

Рассмотрим подробнее принципы действия, основные режимы работы и наиболее типичные характеристики излучения перечисленных лазеров. [c.160]

Принцип работы газовых лазеров отличается от твердотельных. Газовые лазеры основаны на взаимодействии атомов двух газов, имеющих близкие энергетические уровни. Наиболее распространен газовый лазер, в котором в качестве рабочих газов используются неон и гелий при давлениях соответственно 0,1 и 1 тор. Атомы гелия поглощают энергию электромагнитных колебаний, образованных электрическим разрядом. В результате этого они возбуждаются и переходят с основного уровня на верхний энергетический. Затем часть энергии атомов гелия передается неону, [c.82]

С точки зрения работы лазера желательно добиваться минимальных или даже нулевых значений коэффициентов W, Р к О у лазерных стекол (или комбинаций коэффициентов Р и С — см. об этом подробнее гл, 3), Принципиально такая минимизация возможна, так как каждое из выражений (1.4) — (1.6), определяющих Ш, Р viQ, состоит из двух членов, которые описывают изменение показателя преломления среды за счет разных физических причин и поэтому в принципе могут взаимно компенсировать друг друга [34, 351. Необходимо, впрочем, указать, что значения термооптических коэффициентов Ш, Р м Q зависят от температуры [32, 361, так как определяющие их физические константы (в основном и Рт) являются функциями температуры. [c.20]

Основными подсистемами практически всех мощных лазеров являются задающий генератор, подсистемы формирования пространственно-временной структуры излучения и усилительная система, которую можно разбить на предусилители и оконечные усилители. Иногда в состав системы входят система преобразования частоты излучения в высшие гармоники, а также узел фокусировки излучения на объект. Принципы работы некоторых систем (задающий генератор, системы формирования пространственной и временной структуры) были рассмотрены нами ранее, и мы не будем на них больше останавливаться. [c.259]

Чтобы понять принцип действия лазера, будет полезным рассмотреть сначала работу мазера. Мазер состоит из двух основных компонентов. Одна — это резонатор, а другая"—"молекулы, которые содержатся в резонаторе или вводятся в него. Резонатор [c.23]

Основное содержание курса составляет физическая оптика, изложение которой начинается с главы П1. В нее входят также специальная теория относительности, краткое изложение принципов работы оптических квантовых генераторов (лазеров) и элементов нелинейной оптики. Как и в предыдущих томах курса, главное внимание здесь обращено на выяснение физического смысла и содержания оптических явлений, на связь между ними и с общими принципами физики. Автор стремился к идейной простоте изложения, но старался избегать вульгаризации. [c.8]

Принципы работы и устройства лазеров 23 Основные свойства лазерного луча 33 Квантовые генераторы с перестраиваемой частотой [c.4]

В гл. 10 рассматривался принцип работы полупроводниковых лазеров. Цель настоящей главы — более детальное описание некоторых полупроводниковых лазеров, предназначенных для использования в оптических системах связи. Будут рассмотрены их конструкции, электрические и оптические характеристики. Основные требования, предъявляемые к лазерному источнику для связи [c.288]

При изучении потоков с большими до- и сверхзвуковыми скоростями широкое применение получили оптические и акустические методы. Их основное преимущество заключается в возможности производить локальные измерения без ввода в поток каких-либо датчиков. В принципе и оптические, и акустические приборы работают либо за счет изменения параметров при прохождении волн через заданную область, либо при их рассеивании на инородных частицах в потоках. Применение лазеров и голографии, а также доплеровского эффекта в оптике и акустике открывает большие перспективы в изучении полей скоростей и турбулентных характеристик. [c.497]

Предлагаемая книга посвящена вопросам разработки источников питания различного типа лазеров промышленного назначения. Сведения о принципах построения и об основных особенностях источников питания лазеров можно найти в ряде работ по лазерной технике 1—3]. Имеется литература, которую можно использовать при разработке отдельных функциональных узлов источников питания. Однако основная информация об электрических схемах, характеристиках и параметрах источников питания лазеров содержится в многочисленных отечественных и зарубежных периодических изданиях, частично отражена в рекламных материалах или приведена в сопроводительной технической документации на выпускаемые промышленностью изделия. Это обстоятельство создает немало трудностей и для разработчиков таких источников питания и для специалистов, занятых эксплуатацией лазерных установок. [c.3]

Взаимодействие функциональных элементов источников питания определяет система управления, которая обеспечивает точность и стабильность параметров, выдачу и синхронизацию сигналов, задает род работы лазерного излучателя. Наряду с общими принципами конструирования преобразовательных устройств, при разработке источников питания лазерных излучателей возникает ряд специфических требований, обусловленных своеобразием вольт-амперных характеристик излучателей и особенностями их режимов работы. Основные из этих требований рассмотрены при описании схем источников питания твердотельных, газовых и полупроводниковых лазеров. Большинство из приведенных схем источников питания прошло проверку в лабораторных и производственных условиях и хорошо зарекомендовало себя. [c.4]

Синхронное преобразование излучения лазера в его третью гармонику в растворе органических красителей рассматривалось в работах [234, 235]. Для обеспечения условий синхронизма в этом случае выбирался краситель, имеющий мощную полосу поглощения между частотой основного излучения и частотой третьей гармоники. В области полосы поглощения наблюдается аномальная дисперсия показателя преломления, которая может компенсировать частотную дисперсию показателя преломления растворителя. Принцип описанного метода получения синхронного преобразования иллюстрирует рис. 48. Видно, что вследствие аномальной дисперсии показателя преломления красителя, поглощающего свет в области и>о, показатели преломления раствора на частотах ш и Зш равны друг другу, что и соответствует условию синхронного преобразования. Очевидно, что для наблюдения преобразования раствор должен быть относительно прозрачен на частотах J и Зсо. [c.174]

Как и твердотельные, йодные лазеры могут работать во всех временных режимах излучения, причем принципы построения лазерных излучателей и элементная база, в основном, аналогичны принятым в технике твердотельных лазеров. В настоящее время [c.179]

Схема лазера с оптической накачкой приведена на рис. 3. Видно, что лазер состоит из следующих основных элементов среды, чаще называемой активным веществом, двух зеркал, называемых открытым зеркальным резонатором, источника возбуждения, источника питания и рефлектора. Активное вещество, используемое для получения индуцированного излучения, должно обладать такими уровнями энергии, переход между которыми сопровождается излучением, лежащим в требуемом диапазоне длин волн. Это вещество должно иметь определенную концентрацию активных частиц, т. е. тех частиц, которые обеспечивают накопление и выделение энергии. Понятно, что чем больше будет таких частиц, тем большее их число примет участие в накоплении и излучении энергии. Активное вещество помещено в открытый зеркальный резонатор. Принцип его работы достаточно хорошо понятен из рассмотрения рис. 4. Видно, что в ситуации а все частицы активного вещества (кроме двух) находятся в основном состоянии, т. е. на нижнем энергетическом уровне. В ситуации б внешнее электромагнит- [c.17]

Использование перехода р-п типа в легрфованных полупроводниках лежит в основе всех электронно-оптических устройств для волоконной оптики. Как лазеры, СЦД, фотодиоды, так и другие полупроводниковые приборы, такие, как диоды и транзисторы, используют р-п переход. Остановимся вначале на основных принципах работы этого перехода, а затем рассмотрим работу СИД и лазеров. Более детально работа фотодиодов обсуждается в главе 9. [c.99]

СО2-лазеры. Этот лазер занимает особое место среди всего многообразия существующих лазеров. Он отличается прежде всего высоким КПД, большой энергией и мощностью излучения. В непрерывном режиме получены мощности в несколько десятков-сотен киловатт импульсная мощность достигает уровня в несколько гигаватт энергия в импульсе измеряется в килоджоулях. Частота следования в импульсно-периодическом режиме может составить несколько килогерц. Длины волн излучения СО2-лазера находятся в диапазоне 9—И мкм (средний ИК-Диапазон) и попадают в окно прозрачности атмосферы. Поэтому излучение СОд-лазера удобно для интенсивного воздействия на вещество (например, в технологических целях резка металлов и диэлектриков, сварка и закалка металлов и т. п.). Кроме того, в диапазон длин волн излучения СОг-лазера попадают резонансные частоты поглощения многих молекул, что делает возможным интенсивное резонансное воздействие лазерного излучения на вещество. Все перечисленные достоинства СОд-лазеров делают их наиболее привлекательными во многих прикладных задачах. Рассмотрим основные принципы его работы и остановимся на особенностях схем и конструктивных решений этих лазеров. [c.45]

Рассматриваемый нами круг проблем имеет уклон в сторону газоразрядных лазеров, причем основное внимание мы уделяем общим принципам, а не описанию деталей работы лазеров различных типов. Одно из следствий такого подхода состоит в том, что в книге даны ссылки только на те источникп, которыми мы непосредственно пользовались. Огромное количество литературы, составляющей основу для цитируемых нами работ, осталось по отмеченным, за что мы приносим свои извинения. [c.9]

За время, прошедшее с момента создания первых непрерывных иижекциоииых лазеров, в лабораториях всего мира было проведено огромное количество работ по ДГС и более сложным гетеролазерам. Былн проведены также системные исследования этих лазеров с целью использования их в системах волоконно-оптической связи. Хотя основные принципы остались теми же самыми, были предложены многочисленные модификации лазерных структур с целью оптимизировать их рабочие параметры. Новые материалы позволили создать лазеры, работающие на разных длинах волн. Усовершенствование процессов выращивания лазерных структур и изготовления лазеров привело к созданию на основе системы AUGai xAs лазеров с очень большим сроком службы. Кажется очевидным, что гетеролазеры еще долгое время будут оставаться в центре внимания исследователей. [c.21]

СВЯЗЬ, необходимая для генерации лазерного излучения. Обратная связь может быть также получена посредством периодического изменения показателя преломления внутри оптического волновода, которое обычно создается гофрированием границы раздела между двумя диэлектрическими слоями. Лазеры, в которых обратная связь образуется за счет такой гофрированной структуры, называются лазерами с распределенной обратной связью (РОС) нли с распределенным брэгговским отражателем (РБО). Эти гетеролазеры могут с успехом применяться в интегральной оптике в качестве источников излучения. Основные принципы их работы и конструирования были установлены еще до того, как техдология выращивания гетероструктур была развита до такого высокого уровня, который необходим для практического создания этих приборов [79—81]. В первом лазере с РОС использовался краситель в матрице желатина на стеклянной подложке [79]. После большой предварительной работы, проведенной при низких температурах, в 1975 г. была получена генерация лазерного излучения в гетеролазерах с РОС [82, 83] и РБО [84] при комнатной температуре. [c.112]

В газовых лазерах, которые могут представлять интерес для дистанционного зондирования, основным источником энергии является мощный газовый разряд. Мы рассмотрим принципы работы и характеристики газовых лазеров на нескольких типичных примерах. В каждом случае будем стремиться выбирать лазеры, которые могут представить для нас наибольщий интерес. Начнем обзор с хорощо известного ИК-лазера, а затем рассмотрим новый лазер с замечательными свойствами, работающий в ближней УФ-области спектра. Хотя мы не будем подробно обсуждать лазепы на ионах инертных газов, следует [c.208]

Однако, подтверждая основную идею, результаты Габора ухудшались недостаточной длиной когерентности (только 0,1 мм) света от использованной ртутной лампы высокого давления и низким уровнем освещенности, получаемой после введения малой диафрагмы (диаметром 3 мкм) для обеспечения достаточной пространственной когерентности. Из-за этой и ряда других причин применение указанного метода в электронной микроскопии было неудачным. Как отмечал Габор, голография была надолго заброшена. Возрождение наступило после работы Е.Н. Лейта и Дж. Упатникса [33]. Успех их был обусловлен тем, что они обнаружили сходство процесса восстановления волнового фронта Габора с принципами теоретической работы, выполненной Лейтом с сотрудниками по локатору бокового обзора. В них предусматривалось применение бокового опорного освещения, что обеспечивало существенное улучшение характеристик [34, 35]. Затем в этих разработках были использованы незадолго до того созданные лазеры и сочетание этих двух достижений привело к более универсальному и улучшенному процессу голографии. [c.106]

Г. Соммаргреном в работе [70] описан новый оригинальный прибор — оптический гетеродинный профилометр. По принципу действия он является разновидностью интерферометра. Поверхность образца в оптическом гетеродинном профилометре освещается двумя сфокусированными пучками света, слегка различающимися по частоте и поляризованными во взаимно перпендикулярных плоскостях. Отразившись, эти пучки интерферируют так, что результирующая фаза модулируется в соответствии с разницей высот между освещенными точками поверхности. Если один из пучков сфокусирован на фиксированной точке, а другой движется по поверхности, то можно измерить высоты точек по линии сканирования второго пучка, т. е получить профиль поверхности. Деление светового потока на два пучка осуществляется призмой Волластона. В плоскости образца разделение пучков составляет 100 мкм. Исследуемый образец помещается на вращающийся столик и один из пучков совмещается с осью вращения столика, а второй сканируется по образцу при вращении. Небольшой сдвиг в частоте пучков происходит за счет расщепления основной моды Не—Не-лазера (расщепления Зеемана), трубка которого помещена в аксимальном магнитном поле. Описанный прибор позволяет получить чувствительность к высоте шероховатости до 0,1 нм, совмещая в себе преимущества интерферометра с пре- [c.233]

Газовые лазеры. Возможность создания лазерного драйвера ИТС на основе газового лазера весьма заманчива с точки зрения возможности достижения высокого КПД и частотного режима работы такого лазера. Среди газовых лазеров имеется три типа лазеров, которые способны, в принципе, обеспечить достижение параметров реакторного драйвера по энергии, длительности импульса и плотности потока энергии, доставляемой на мишень. Такими лазерами являются йодный лазер, СОг-лазер и эксимерные лазеры. Пионерские работы в области физики мощных йодных лазеров были выполнены в СССР. Активно работы в этой области развивались также в ФРГ и ЧССР. В настоящее время исследования в области взаимодействия излучения йодного лазера с веществом ведутся в России и Чешской Республике. В России, в РФЯЦ-ВНИИЭФ, действует крупнейший в мире йодный лазер ИСКРА-5 , способный обеспечить энергию 30 кДж в 12 пучках при длительности импульса до 2 не на основной частоте излучения с длиной волны Л = 1,35 мкм [5]. На этом лазере был выполнен боль- [c.25]

При написании книги, посвященной быстро развивающемуся направлению, которое находится на стыке различных дисциплин, встречается ряд специфических трудностей. Одна из них связана с системой обозначений. Дело в том, что для представления различных величин применяются одни и те же символы. Чтобы не менять привычных обозначений, мы пытались, где это возможно, вносить лишь незначительные изменения. Например, буквой п обычно обозначают и концентрацию электронов и показатель преломления. Чтобы избежать путаницы, мы обозначаем показатель преломления символом п. Вторая проблема состоит в том, что статьи по гетеролазерам появляются почти ежедневно. Они не только дают все новые данные, ио часто меняют наше представление о разных вопросах. Например, изложение в гл. 4 пришлось изменить после того, как было установлено правильное относительное расположение Г-, Ь- и -мини-мумов зоны лроводимостн в СаАз. Мы пытались сделать нашу книгу достаточно фундаментальной, чтобы появляющиеся публикации по гетеролазерам исходили из изложенных в ней принципов. Дальнейшие исследования наверняка изменят некоторые из наших сегодняшних представлений. Третья проблема — огромное число публикаций по полупроводниковым лазерам. Вместо того, чтобы пытаться включить в библиографию все статьи, ми даем ссылки на основные работы, чтобы читатель мог начать библиотечный поиск по интересующей его теме. И, наконец, отсутствие студентов в промышленной лаборатории лишило нас аудитории, на которой мы могли бы испытать различные варианты изложения материала. Однако Белл лэбо-ратриз предоставила нам возможность общаться с широким кругом экспертов по многим различным предметам. Благодаря этому в книгу включены темы, которые в противном случав были бы опущены. [c.9]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...