Щука А.А. Электроника (2005) (1152091), страница 111
Текст из файла (страница 111)
Длительность импульсов излучения в этом режиме равна обра~ ной ширине спектра генерируемых мод. Длительность импульсов в режиме синхрониза. — !3 -и ции мод может достигать значений 10 =-1О с, что позволяет резко повысить пиковую мощность излучения. ((азерные зеркала обеспечивают возможность многократного прохода плоской волны, если волновой вектор направлен по оси интерферометра. ййногокразное прохождение в резонаторе световой волны обеспечивает ее усиление путем многократного "опустоше. ния" мегастабильного уровня и генерации фотонов Инвертированная активная среда при каждом проходе будет усиливать волну и повышать плотность фотонов.
Если Р(0) — мощность аксиапьной моды первоначального спонтанного излучения, а Р(20) — мощность после двойне~ о похода резонатора, то при коэффициентах отражения зеркал )(, и )(п коэффициенте усиления среды у и коэффициенте поглощения и можно записатгя Р(2(.) = Р(0) ехр(2(() — и))1 Л„ Самовозбуждение наступает при условии Р(20) > Р(0) или 1 1 (3 > а+ — 1и —. (с.и формулу /.)Зт'. 20 )тЯз обычно одно зеркало делают глухим, т е.
Л, = 100%, а второе Я, = 95%. .(акопленное в резонаторе излучение, преодолев определенный порог интенсивности, выходит из зеркала с коэффициентом отражения )1> б) а) рмс. 2.3. Продольные собственные частоты иа фоне спектральной линии (а) и трансвврсапьиыв моды лазара(б) .формированный таким образом пучок лазерного излучения является когерентным нэпу ением с высокой спектральной плотностью излучения.
г. ЛринЧилы работы лазера Гармоническое колебание называется.чоиояромаиоическим, если оно может быть описано выражением А(!) =.Аозт(2лиоl "ого), (2Д) где А(!) — текущее значение амплитуды, Ао — максимальное значение амплитуды, 2лч, — круговая частота, ф, — начальная фаза колебаний. Ширина спектра Лч излучения определяется степенью монохроматичности излучения р — — Ли о чо, где ио — центральная частота.
При р «! излучение называют кеазимоиолромалптеским. Лазеры позволяют получить излучение со значением Го = ! 0 " при достаточно большой мощности. Понятие монохроматичности тесно связано с понятием когерентности. Когереитиосзиь света представляет собой взаимную согласованность протекания во вре- мени световых колебаний в разных точках пространства и (или) времени, которая харак- теризует их способность к интерференции.
Различают пространственную н временную когерентность. Пространственная когерент- ность связывается с корреляцией фазы колебаний в разных точках пространства в один и тот же момент времени. При сложении когерентных колебаний возникает устойчивая интерференционная картина. Корреляцию колебаний в определенной точке пространства можно наблюдать только в определенном интервале времени. Этот интервал времени принято называть временем когерентнагти. Время когерентности обычно принимается за время жизни излучснного колебания т, Расстояние, проходимое светом за время когерентности, называют длиной когереилиоости Г. При т = 1О с длина когсрентности Г = с т = 300 см. Если учитывать, -8 что ширина спектральной линии связана со временем жизни, то Лч = ! ! т, В этом случае длина когерентности связана с шириной спектральной линии величиной б м с ! Лч. Таким образом, чем уже частотный спектр излучения, тем больше время когерентностн и ввиде степень временной когерентности, и лучше монохроматичность излучения.
Лазер представляет собой уникальный источник оптического излучения и здесь будет умес~но отметить его особенности. Г!Ространственная когерентность характеризует форму волнового фронта излучения. Ла- зерное излучение имеет высокую направленность, обусловленную свойствами оптическо- го резонатора, и высокую спектральную мощность излучения. Описание законов распространения лазерного излучения в свободном пространстве и в оптических системах производится с помощью пространственных параметров. К ним относятся диаметр пучка и его расходимость, диаграмма направленности.
распре- деление плотности мощности (энергии) в поперечном сечении пучка, ось диаграммы на- правленности, ближняя и дальняя зоны лазерного излучения, Под диаметром пучка лазерного излучинил понимается диалзетр поперсчноо о сечения ка- нала, внутри которого распространяется энергия лазерного излучения. диаметр пучка на выходном зеркале плоского резонатора, как правило, опрелеляется диаме~ром активнооо элемента. Если активный элемент имеет прямоутольное сечение, то размеры пучка опре- деляются размерамп сечения активного элемента.
Размер поперечного сечения пучка. естественно, несколько меньше соответствующих размеров активного элемента, т. к, Часть lП. Квантовая и оптическая электроника 530 электромагнитное поле спадаег к его краям. Конкретное значение размера поперечного сечения пучка зависит от размеров активного элемента, модового состава излучения и выбранного уровня энергии в пучке.
расхадш/ость лазерного /плучення — это плоский или телесный угол, характеризующий щирину диаграммы направленности лазерного излучения. Эту расходимость называют угловой, Существует также понятие энергетической расходимости, которое представляет собой телесный угол, внутри которого распространяется заданная доля энергии. дааграчл/а //а//раыеннос///// лазерного излучения — это угловое распределение энергии илн мощности лазерного излучения. Ось диаграммы направленности лазерного излучения представляет собой прямую, проходящую через максимум углового распределения энер гии или мощности лазерного излучения. При симметричном распределении поля ось диа.
граммы направленности совпадает с энергетической осью пучка. Долы/яя зала лазерного нзлучення представляет собой область пространства вдоль осн лазерного пучка, которая располагается на таком расстоянии от излучателя лазера, начи ная с которого диаграмма направленности остается постоянной. Диаграмма направленности носит дифракционный характер независимо от того, ограничен лазерный пучок реальной диафрагмой или нет. Известно, что при описании дифракции пользуются понятиями зоны Френеля и зоны Фраунгофера.
Дальняя зона лазерного излучения соответствует зоне Фраунгофера. Распределение плотности мощности излучения можно получить из измерений, либо люгут быть рассчитаны по известным параметрам резонатора. Связь параметров пучка с параметрами резонатора определяется типом резонатора. Задачи и упражнения 12.1/) Оптимальный коэффициент пропусквния зеркал Определить оптимальный коэффициент пропускания зеркал )л (зеркала одинаковые) резонатора лазера, при котором мощность будет максимальной. Коэффициент нснасыщенно/о усиления на проход я//, коэффициент потерь на проход 1).
Длина резонатора ь. Дифракционными потерями пренебречь Для численных оценок считать: ь' = 10 см, д, = О,1 см, 1) = 0,01 см' . Активная среда заполняет весь резонатор. Решение Стоячую волну в резонаторе лазера можно рассматривать как суперпозицию двух бегущих волн. Пусть каждая из волн характеризуется интенсивностью б Выходная мощность р через зеркало лазерного резонатора равна (2.1,1) В дальнейшем удобнее будет характеризовать потери за счет пропускания зеркал, введя величину д„= Т„()- — потери на проход за счет пропускания зеркал. В лазере коэффици ент усиления из-за насыщения имое/ вид Ы= 1ч т//то где т, — насыщающая интенсивносп,. Е Принципы работы лазера 53! При генерации потери на проход плюс потери на зеркалах должны компенсироваться усилением на проход, т.
е, должно выполняться равенство: ьо 1+ 11'1. (2.1.2) Выражая из (2.1.2) 1 и подставляя в (2. 1, 1), имеем: Р=1,1д, — -! . ко осе !3 (2.1.3) Оптимальный коэффициент пропускания зеркал определится из условия нахождения экстремума выражения (2.13), т, е. ар/аз!, = о. Отсюда тл„„„, = 1.д„„„„, = 1.(ДВ-Р). Подстановка численных значений дает Т„„„= 23%. Решение Собственные частоты пустого резонатора определяются выражением тч-л+! агссоз,~д,д„ где т, и, т1 — целые числа; ч = с1'21„, я, з =1 — 1э(И, з (1.— длина резонзтора, 1(о Яз— радиусы кривизны зеркал).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
