НЕПРЕРЫВНЫЙ РЕЖИМ РАБОТЫ ЛАЗЕРА
В предыдущих главах были рассмотрены характеристики отдельных элементов, составляющих лазер. К ним относятся активная среда лазера, взаимодействие которой с электромагнитной волной было рассмотрено в главах 2 и 3; пассивный оптический …
СКОРОСТЬ И ЭФФЕКТИВНОСТЬ НАКАЧКИ
Для того чтобы рассчитать скорость накачки, напомним вначале стан - дарное соотношение J = еиагфМе, связывающее плотность тока J с плотностью числа электронов Ие в разряде. Тогда из (6.4.7) получаем …
ЗАКОНЫ ПОДОБИЯ ДЛЯ ЭЛЕКТРОРАЗРЯДНЫХ ЛАЗЕРОВ
Формулы (6.4.20) и (6.4.22) дают два фундаментальных соотношения, которые можно использовать для того, чтобы понять многие физические аспекты поведения любого газового разряда. Например, теперь можно объяснить, почему в устойчивом тлеющем …
РСПРЕДЕЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОНОВ ПО ЭНЕРГИЯМ
Рассмотрим теперь функции распределения скоростей или энергий электронов в газовом разряде. Если перераспределение энергий за счет электрон - электронных столкновений происходит достаточно быстро по сравнению с потерей энергии в результате …
ТЕПЛОВАЯ СКОРОСТЬ И СКОРОСТЬ ДРЕЙФА
Как уже отмечалось в предыдущих разделах, именно электроны ответственны за процессы, происходящие в газовых разрядах. Они получают энергию от приложенного электрического поля, а затем отдают ее или обмениваются ей в …
ПОПЕРЕЧНОЕ СЕЧЕНИЕ ВОЗБУЖДЕНИЯ ЭЛЕКТРОННЫМ УДАРОМ
На рис. 6.22 показана качественная зависимость сечений возбуждения электронным ударом ст от энергии налетающих электронов Е для трех случаев: (1) разрешенных оптических переходов, (2) запрещенных оптических переходов без изменения мультиплетности, …
ВОЗБУЖДЕНИЕ ЭЛЕКТРОННЫМ УДАРОМ
Столкновения с электронами могут быть упругими и неупругими. При неупругом столкновении частица либо возбуждается на более высокий уровень энергии, либо ионизуется. Из всех возможных видов возбуждения в рассматриваемом случае представляют …
НАКАЧКА В ЭЛЕКТРИЧЕСКОМ РАЗРЯДЕ
Вспомним, что в газовых и полупроводниковых лазерах используется электрическая накачка. Ограничимся здесь рассмотрением газовых лазеров, отложив обсуждение более простого случая накачки полупроводниковых лазеров до главы 9. Газовый лазер накачивается электрическим …
СРАВНЕНИЕ НАКАЧКИ ИЗЛУЧЕНИЕМ ДИОДНОГО ЛАЗЕРА И ЛАМПОВОЙ НАКАЧКИ
Исходя из обсуждений предыдущих разделов уместно сравнить теперь в общих чертах ламповую накачку и накачку излучением диодного лазера. Сравнение можно сделать только для четырехуровневых лазеров, поскольку квазитрехуровневые лазеры в основном …
ПОРОГОВАЯ МОЩНОСТЬ НАКАЧКИ ДЛЯ ЧЕТЫРЕХУРОВНЕГО И КВАЗИТРЕХУРОВНЕВОГО ЛАЗЕРОВ
Применяя результаты расчетов эффективной скорости накачки, полученные в разделе 6.3.3, можно найти ожидаемую пороговую скорость накачки и пороговую мощность накачки для данного лазера. Рассмотрим два важных случая: ■ идеальный четырехуровневый …
СКОРОСТЬ И ЭФФЕКТИВНОСТЬ НАКАЧКИ
В случае продольной накачки, если обозначить через 1р(г, г) интенсивность накачки в точке с радиальной координатой г и продольной координатой г внутри активной среды, скорость накачки можно записать в виде: …
ПОПЕРЕЧНАЯ НАКАЧКА
При поперечной накачке можно использовать активную среду в виде либо пластин, либо стержней. На рис. 6.14 показана конфигурация с поперечно накачиваемой пластиной [8]; накачка осуществляется 25 отдельными линейками диодных лазеров, …
ПРОДОЛЬНАЯ НАКАЧКА
Для продольной накачки излучение диодного лазера обычно необходимо сфокусировать в активной среде в малое (с поперечным размером 0,1-1 мм) пятно по возможности кругового сечения. На рис.6.11 а-в представлены три наиболее …
СИСТЕМЫ ПЕРЕДАЧИ* ИЗЛУЧЕНИЯ НАКАЧКИ
Для эффективной накачки излучение описанных выше диодных лазерных систем должно быть с минимальным потерями введено в активную среду. Вообще говоря, существует два типа геометрии накачки: (1) продольная, при которой излучение …
ИЗЛУЧАТЕЛИ СИСТЕМ НАКАЧКИ НА ОСНОВЕ ДИОДНЫХ ЛАЗЕРОВ
Существует четыре типа излучателей, используемых в системах накачки на основе диодных лазеров. Перечислим их в порядке увеличения выходной мощности: (1) однополосковый диодный лазер (англ. single stripe diode laser); (2) линейка …
НАКАЧКА ЛАЗЕРНЫМ ИЗЛУЧЕНИЕМ
С первых дней появления лазеров их излучение часто применялось для накачки других лазеров, как, например при первой демонстрации лазерной генерации в растворе органического красителя [5]. Так, Аг+ лазеры в настоящее …
ЭФФЕКТИВНОСТЬ И СКОРОСТЬ НАКАЧКИ
Для лазера, накачиваемого непрерывной лампой, можно определить КПД, или эффективность, накачки цр как отношение минимальной мощности накачки Рт, которая необходима для обеспечения данной скорости накачки верхнего лазерного уровня, и электрической …
Электропитание непрерывной лампы ПОГЛОЩЕНИЕ ИЗЛУЧЕНИЯ НАКАЧКИ
Для того чтобы проиллюстрировать процесс излучения света лампой, на рис. 6.6а показан спектр испускания, при импульсном возбуждении, Хе лампы-вспышки при двух характерных плотностях тока. На рис 6.66 показан спектр испускания …
СИСТЕМЫ НАКАЧКИ
Лампы, используемые для накачки лазеров, часто имеют цилиндрическую форму. На рис. 6.1 показаны две наиболее часто применяемые конфигурации накачки с использованием одной лампы [3]. В обоих случаях активная среда имеет …
ОПТИЧЕСКАЯ НАКАЧКА НЕКОГЕРЕНТНЫМ ИСТОЧНИКОМ СВЕТА
При оптической накачке мощным некогерентным источником света, т. е. лампой, излучение накачки испускается во всех направлениях и обычно в широком спектральном диапазоне. Затем это излучение требуется собрать и передать в …
ПРОЦЕССЫ НАКАЧКИ
В главе 1 говорилось о том, что процесс, посредством которого атомы переводят с уровня 1 на уровень 3 (в трехуровневом лазере, рис. 1.4а) или с уровня 0 на уровень 3 …
НЕУСТОЙЧИВЫЕ РЕЗОНАТОРЫ С ЗЕРКАЛОМ С ПЕРЕМЕННЫМ КОЭФФИЦИЕНТОМ ОТРАЖЕНИЯ
Некоторые, если не все, недостатки неустойчивых резонаторов с резкой границей зеркала можно исправить, используя неустойчивые резонаторы с зеркалом с переменным коэффициентом отражения. В этом случае коэффициент отражения зеркала на выходе, …
ДОСТОИНСТВА Й НЕДОСТАТКИ НЕУСТОЙЧИВЫХ РЕЗОНАТОРОВ С РЕЗКОЙ ГРАНИЦЕЙ ЗЕРКАЛА
Основные преимущества неустойчивых резонаторов с резкой границей зеркала, по сравнению с устойчивыми резонаторами, заключаются в следующем: ■ большой, изменяемый контролируемым образом объем моды; ■ отчетливые различия в потерях для поперечных …
ОПИСАНИЕ С ПОМОЩЬЮ ВОЛНОВОЙ ОПТИКИ
До сих пор рассуждения проводились в приближении геометрической оптики. Для того чтобы получить более реалистичное описание мод в неустойчивом резонаторе, необходимо применять методы волновой оптики, т. е. использовать интегральное уравнение …
Условие устойчивости обобщенного сферического резонатора обсуждалось в разделе 5.4, где было показано, что области неустойчивости соответствуют незаштрихованным частям плоскости gl9 g2 на рис. 5.7 [10]. Неустойчивые резонаторы разделяют на два вида: положительного типа (англ. negative — branch), с параметрами, удовлетворяющими условию gx — g2 > 1, и отрицательного типа (англ. positive-branch), для которых gx g2 < 0. Прежде чем приступить к количественному описанию неустойчивых резонаторов, объясним, почему эти резонаторы представляют интерес для лазерной техники. Во-первых, согласно результатам примера 5.5, в заданном устойчивом резонаторе, отвечающем некоторой точке в плоскости gl9 g2, не лежащей вблизи границы устойчивости, размер пятна w обычно такого же порядка, как и в конфокальном резонаторе; таким образом, при длине волны « 1 мкм он обычно меньше 1 мм. В соответствии с результатами примера 5.9, для того чтобы ограничить генерацию модой ТЕМ00, в резонатор лазера необходимо поместить диафрагму с радиусом а <2 мм. Если генерация ограничивается модой ТЕМ00 со столь малым разменом поперечного сечения, то мощность (или энергия), получаемая в пучке на выходе, с необходимостью ограничена. Напротив, в неустойчивых резонаторах пучок не стягивается к оси резонатора (см., например, рис. 5.3), так что можно надеяться получить одну поперечную моду большого объема. Однако проблемой неус* тойчивых резонаторов является то, что излучение стремится покинуть его. Таким образом, соответствующие моды имеют существенно большие (гео — j метрические) потери, чем моды в устойчивом резонаторе (где потери связа — 1 ны с дифракцией). Этот факт, с другой стороны, можно рассматривать как J преимущество, если эти покидающие резонатор пучки использовать в каче — 1 стве полезного, выходящего излучения. I НЕУСТОЙЧИВЫЕ РЕЗОНАТОРЫ
Рис. 5.17 А) Неустойчивый резонатор общего вида с выпуклыми зеркалами. Б) Неустойчивый резонатор с выходом излучения в одном направлении (односторонний резонатор) Вует мод типа произведения функций Эрмита-Гаусса, как уже упоминалось …
ДИНАМИЧЕСКИ И МЕХАНИЧЕСКИ УСТОЙЧИВЫЕ РЕЗОНАТОРЫ
Очень важной задачей, возникающей в устойчивых резонаторах, является получение сравнимых по величине размеров поперечного сечения пучка и активной среды. Действительно, рассматривая для простоты симметричный двухзеркальный резонатор, из соотношения (5.5.10) можно …
ВЛИЯНИЕ КОНЕЧНОСТИ РАЗМЕРОВ АПЕРТУРЫ
В разделе 5.5.1.2 было показано, что в обобщенном резонаторе с бесконечно большой апертурой, таком как изображенный на рис. 5.8г, дифракционные потери отсутствуют. Действительно, для того чтобы определить эти потери, необходимо …
СОБСТВЕННЫЕ ЗНАЧЕНИЯ
Сравнение соотношений (4.7.29) и (4.7.30) показывает, что если АВСБ- матрица является матрицей обхода резонатора и д = то распределение ам Плитуд напряженности электромагнитного поля и(х> у, 2Ь) после одного обхода …
СОБСТВЕННЫЕ МОДЫ
Рассмотрим вначале двухзеркальный резонатор на рис. 5.8а. Для того чтобы получить выражение для комплексной амплитуды распределения и(х, у, г), например на зеркале 1, необходимо найти комплексный параметр пучка д, полученный …
РЕЗОНАТОРЫ С БЕСКОНЕЧНО БОЛЬШОЙ АПЕРТУРОЙ
Обращаясь к рис. 5.66 для обобщенного резонатора и рис. 5.5а для двухзеркального, предположим, что их апертуры бесконечно велики, т. е. положим, что ах = а2 = оо на рис. 5.5а. …
УСТОЙЧИВЫЕ РЕЗОНАТОРЫ
С целью упростить анализ вначале рассмотрим резонатор с бесконечно большой апертурой. Затем кратко обсудим проявления конечности размеров апертуры.
КРИТЕРИЙ УСТОЙЧИВОСТИ
Рассмотрим вначале двухзеркальный резонатор общего вида (рис. 5.6а) и луч, идущий из точки Р0 плоскости Р внутри резонатора, например прямо перед зеркалом 1. Этот луч после отражения от зеркал 2 …
ВРЕМЯ ЖИЗНИ ФОТОНА И ДОБРОТНОСТЬ РЕЗОНАТОРА
Рассмотрим некоторую моду устойчивого или неустойчивого резонатора и предположим, для общности, что у нее существуют и другие потери, кроме дифракционных. Например, потери могут происходить на зеркалах за счет того, что …
СОБСТВЕННЫЕ МОДЫ И СОБСТВЕННЫЕ ЗНАЧЕНИЯ
Рассмотрим двухзеркальный резонатор общего вида (рис. 5.5а), образованный сферическими зеркалами с разными радиусами кривизны (положительными или отрицательными), которые разнесены на расстояние L друг от друга; этот резонатор может быть устойчивым …
КОЛЬЦЕВОЙ РЕЗОНАТОР
(5.1.4) Чрезвычайно важным видом лазерных резонаторов является кольцевой резонатор, в котором оптический путь лучей имеет кольцевую (рис. 5.4а) или более сложную траекторию, как, например, показанная на рис. 5.46 «сложенная» (англ. …
