Дипломчик (1089131), страница 2

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 2)

, (1.8)

где — функция временной когерентности отдельной моды; — расстояние между частотами; — интенсивности отдельных ти­пов колебаний.

Типичные зависимости от задержки между интерферирую­щими лучами, вычисленные с помощью соотношения (1.8), для ла­зерного излучения с различным спектральным составом, показаны на рис. 1.2.

Анализ подобных зависимостей показал следующее:

— для реального поликвазимонохроматического спектра излу­чения лазера монотонность функции нарушается и имеется множество экстремальных точек при различных ;

— наряду с известным , связанным соотношением (1.6) с шириной линии излучения, эквивалентной технической ширине ли­нии одного резонанса и определяемой как время задержки, при котором огибающая функции достигает значения 0,88, для характеристики поликвазимонохроматического спектра можно вве­сти понятие , при котором достигает значения 0,88 впер­вые; при этом легко увидеть, что и для лазеров различают­ся на 4—10 порядков.

Такое приближение является достаточно строгим только для описания полей излучения стабилизированных ГЛ, а для твердо­тельных, полупроводниковых и других импульсных лазеров может дать только математическую идеализацию когерентности усреднен­ного режима их работы. Однако этого приближения вполне доста­точно, чтобы понять, что для описания когерентности полей реаль­ных многомодовых лазеров требуется существенное уточнение известной терминологии.

Для установления общего подхода к измерению когерентности полей тепловых источников излучения, одномодовых и многомодоных лазеров в настоящее время под радиусом и временем когерент­ности понимаются максимальные значения расстояния d между точ­ками и в пучке и времени задержки , при которых достигает определенного значения (0,88 или 0,5).

Итак, основными измеряемыми параметрами, характеризующими когерентность излучения лазеров, можно считать: модуль степени когерентности для произвольных d и , изменяющийся в пределах ; радиус когерентности ; время когерентности с; длину когерентности см.

Рассмотрим основные методы измерения временной когерентности.

Понятие временной когерентности можно связать с контрастом интерфе­ренционной картины, наблюдаемой в результате интерференции двух волн, исходящих из одной точки лазерного пучка, но с вре­менным запаздыванием . Для измерения временной когерентности применяют только интерферен­ционные и голографические методы. Это связано с тем, что диф­ракционный метод принципиально не пригоден, так как усреднен­ная дифракционная картина не зависит от частотных и временных характеристик излучения и времени запаздывания , а для измере­ния степени временной когерентности излучения лазеров поляри­зационным методом необходимо обеспечение достаточно большой разности хода между обыкновенным и необыкновенным лучами, что, в свою очередь, требует использования кристаллов больших размеров. В связи с большими технологическими трудностями вы­ращивания таких кристаллов поляризационный метод измерения практически не реализуем.

Наиболее простым и распространенным методом измерения зависимости является интерференционный метод, осуществляе­мый в обычном интерферометре Майкельсона.

Однако в последние годы все чаще вместо классического интерферометра Майкельсона для измерения усредненной зависимости применяют видоизмененный вариант интерферометра, пред­ложенный Твайманом и Грином (рис. 1.3). Излучение лазера коллимируется с помощью линз Л1, Л2 и, попадая на светоделительную пластину 31, претерпевает амплитудное деление. Пройдя через интерферометр и отразившись от «глухих» зеркал 32 и 33, два луча интерферируют вблизи экрана (Э). Экспериментально измеряют­ся интенсивности пучков при поочередном перекрытии зеркал 32 и 33 соответственно и максимальная и минимальная интенсивно­сти соседних интерференционных полос. При этом для фиксированной задержки определяется:

_{, (1.9)}

Рис. 1.3 Интерферометр Тваймана — Грина

где и — интенсивности первого и второго лучей соответст­венно. Для получения функциональной зависимости от времени задержки между лучами измерение производится много­кратно при различных , которое обеспечивается движением одно­го из зеркал 33 вдоль оптической оси.

Большим недостатком интерферометров Майкельсона и Твайма­на— Грина является влияние на результаты измерений шумов, обусловленных амплитудными и частотными флуктуациями параметров излучения лазеров, флуктуациями положения зеркал и турбулентностью атмосферы, Это влияние максимально при боль­ших разностях хода или малом контрасте интерференционной картины.

Наряду с описанными интерферометрами для измерения степе­ни временной когерентности могут использоваться и другие двухлучевые интерферометры, обеспечивающие временной сдвиг между лучами.

При измерении зависимо­сти с помощью описан­ных интерферометров необхо­димо длительное время, так как при каждом значении требуется фиксирование поло­жения зеркал и индивидуаль­ная настройка схемы. Этот недостаток значительно услож­няет измерение интенсивности при наличии флуктуации спектральных характеристик излучения лазера, нескольких одновременно генерируемых линий, сложного модового состава, распределения интенсивностей отдельных типов колебаний, флуктуации частоты.

Полную информацию о временной функции когерентности — «портрет» этой функции — дают голографические методы. Голографическая схема для измерения временной когерентности ла­зерного излучения представлена на рис. 1.4. Как показано на ри­сунке, луч лазера с помощью делительной пластины расщепляется на два, один из которых расширяется в горизонтальном сечении с помощью цилиндрического телескопа и направляется на диффуз­ный экран под небольшим углом (1^º). Последовательно отражаясь от зеркал 32 и 33, расположенных параллельно друг другу, луч лазера прочерчивает на экране светящуюся траекторию. Цуги волн, приходящие к голограмме от различных точек экрана, задержи­ваются относительно опорного пучка на временные интервалы, равные времени пробега сигнального луча вдоль экрана. Поэтому восстановленное изображение, полученное при перекрытии объекта, представляет собой светящийся след лазерного луча различной яркости, что несет информацию с временной когерентности луча. Длина когерентности при этом определяется как расстояние между соседними максимумами восстановленного следа.

Рис. 1.4 Голографическая схема для измерения временной коге­рентности

Интерференционные и голографические методы применяются не только для непосредственного измерения контраста интерференци­онных полос и степени временной когерентности при различных временных задержках , но и для получения информации о спек­тральных характеристиках излучения, так как спек­тральный состав излучения связан с функцией взаимной когерент­ности преобразованием Фурье. Этот способ определения спектраль­ного состава лазерного излучения (количества одновременно гене­рируемых спектральных линий, типов колебаний и их интенсивно­стей) аналогичен известным способам расчета спектров комбинационного рассеяния газов и молекулярных соединений в фурьеоспектрометрии. В то же время он может использоваться для измерения ширины и формы линии генерации, когда лазер рабо­тает в режиме периодически повторяющихся импульсов или когда в спектре излучения лазера присутствует только одна линия шириной , а также для измерения длительности сверхкоротких импульсов. В этом случае о ширине и форме спектральной линии генерации и длительности импульсов судят по точкам, в ко­торых функция уменьшается в определенное число раз.

По функции временной когерентности легко найти временною задержку, при которой достигает фиксированного значения (0,88 или 0,5), в том числе и впервые, т. е. найти время когерент­ности.

Иногда при приближенных оценках вместо детального изме­рения всей функциональной зависимости достаточно найти время запаздывания , при котором видность мала, задать конкрет­ный вид функции и вычислить время когерентности по фор­муле

Характеристики

Список файлов ВКР