Оптоэлектроника

Спектральные характеристики

Генерируют только те собственные моды резонатора, которые удовлетворяют фазо­вому условию (4.25) и которые обладают усилением холодного резонатора y0(vq), большим порогового усиления (y0(vq) > threshold)- Рисунок 4.9 иллюстрирует допусти­мые генерирующие моды резонатора.

Поскольку межмодовый частотный интервал составляет c/2nd, максимальное число мод дается отношением ширины полосы и межмодового интервала (смотри­те рис. 4.9) и определяется соотношением:

В

(4.31)

С /2nd

Кроме того, действительное число мод зависит от природы механизма ушире - ния формы линии перехода, ответственного за поглощение в любой данной среде (смотрите дополнение З. А).

Однородное уширение спектра (смотрите дополнение З. А)

В этом случае уширение обусловлено механизмами фазовой релаксации, представ­ляемой коэффициентом Дув лоренциане. О форме линии можно сказать, что она «монолитна» так как механизмы насыщения действуют на весь спектр поглощения, что может быть записано соотношением:

Спектральная характеристика лазерного усиления представлена на рис. 4.10. Предполагается, что в момент времени / = 0 система накачивается до уровня, намного превышающего порог. При этом все допустимые моды vq с усилением, выше порогового, начинают генерировать. Как только все моды начинают уси­ливаться, эффект насыщения начинает стремиться уменьшить возможное уси­ление каждой моды; огибающая усиления однородно ослабляется по амплитуде, сохраняя при этом свое первоначальное спектральное распределение. Интег­ральное ослабление амплитуды сохраняется до тех пор, пока единственная мода, расположенная в непосредственной близости от максимума усиления, будет спо­собна выдержать режим усиления. Таким образом, лазерные колебания, устано­вившиеся в однородной среде, будут стремиться к одномодовому лазерному функ­ционированию.

На практике однородные среды могут проявлять многомодовое лазерное усиление. За это может быть ответственен ряд сопутствующих эффектов. Наиболее частой является ситуация, когда амплитуды стационарных волн в резонаторе варьируются от точки к точке (как cos kz или sin fe). Таким образом, даже одиночная мода испы­тывает различные уровни усиления в пределах резонатора даже в том случае, когда спектр усиления однороден по своей природе (смотрите рис. 4.11). Описанная выше ситуация называется явлением выжигания спектральных провалов.

Неоднородный спектр усиления (смотрите дополнение З. А)

Эту ситуацию понять сравнительно просто (рис. 4.10). В этом случае система состоит из ансамбля независимых подсистем, при этом каждая подсистема характеризуется своей собственной системой скоростных уравнений и своими характеристиками насыщения. В этом случае каждая мода, допускаемая (4.25), будет соответствовать максимуму в спек­тре усиления в этом частотном диапазоне, что будет приводить к независимому усиле-

У-2 [8]-1

2 3

Разрешенные моды резонатора

У-2 У-1 У0 У1

2 3

Разрешенные моды резонатора

Лазерные линии

Рис. 4.11. Усиление, испытываемое ста - у(2) 1(г)

Ционарной модой, зависит от положе­ния в пределах резонатора. Таким об­разом, интегральная кривая усиления неоднородным образом уширяется, что приводит к многомодовому усилению даже в том случае, когда фундаменталь­ные квантовые переходы по свое при­роде являются однородными. Периоди­чески расположенные минимумы кри­вой усиления вдоль резонатора соответствуют явлению выжигания спек­тральных провалов.

Нию каждой из этих индивидуальных мод. Таким образом, лазерная генерация в неодно­родной среде по своей природе является многомодовой (смотрите рис. 4.10).