Предисловие
Генераторы когерентного оптического излучения включают в себя две группы приборов. Основную группу составляют лазеры. Во вторую группу входят генераторы оптических гармоник, параметрические генераторы света и др. Данная книга посвящена физике процессов в лазерах.
Написание книги, отражающей с физических позиций современный уровень развития лазерной техники, представляется актуальным в связи с тем, что лазеры находят все более широкое применение как в научных исследованиях, так и в самых различных отраслях народного хозяйства. Непрерывно возрастает число инженеров и исследователей, занятых в области лазерной техники и смежных с нею областях.
Согласно авторскому замыслу данная книга должна решать две задачи: во-первых, систематизировать и расширить представления читателя о физике процессов в лазерах, познакомить его с новейшими достижениями и направлениями; во-вторых, снабдить читателя информацией, которая помогла бы ему в дальнейшем более свободно пользоваться специальной литературой. Автор стремился отразить современный уровень развития лазерной техники и в то же время дать систематизированное рассмотрение методов, используемых в теории лазеров, обсудить различные подходы и приближения. Тем самым автор стремился к созданию книги, которая не только представляла бы определенный интерес для научных работников и инженеров, но могла бы также служить научной и методической основой для разработки специальных учебных курсов и пособий.
В книге рассмотрены три группы вопросов: способы получения инвертированных активных сред, формирование поля излучения в резонаторе, динамика процессов.
В первой главе при рассмотрении способов создания инверсии в активных средах обсуждаются принципы и
особенности работы лазеров различных типов: твердотельных, на органических красителях, фотодиссоционных, газоразрядных, электроионизационных, газодинамических, химических, плазменных.
Во второй главе анализируется роль резонатора в формировании поля излучения лазера, излагаются основы теории открытых резонаторов. Используются геометрооптическое приближение, итерационный метод Фокса—Ли, модель гауссовых пучков, закон ABCD. Учитываются апертуры зеркал, наличие внутри резонатора линзы или диафрагмы, разъюстировка элементов в резонаторе. Рассматриваются резонаторы различной геометрии — как устойчивые, так и неустойчивые. В случае активных резонаторов обсуждаются эффекты тепловой линзы, затягивания частот и «выгорания дыр». Уделяется внимание вопросам селекции продольных мод, а также физике волноводных резонаторов и пленочных лазеров с распределенной обратной связью.
Третья глава начинается с обзора различных режимов генерации лазера, включая режимы активной и пассивной модуляции добротности резонатора, синхронизации продольных и поперечных мод, модуляции нагрузки. Вводятся, анализируются и широко используются балансные уравнения (уравнения Статца—Де Марса и их модификации). На основе этих уравнений излагаются различные вопросы динамики одномодовых лазеров: переходные процессы, приводящие к затухающим пульсациям мощности излучения, появление незатухающих пульсаций мощности при наличии слабой модуляции потерь, генерация гигантских импульсов при мгновенном включении добротности. Сопоставляются электрооптический и акустооптический способы активной модуляции добротности. Подробно анализируются процессы в лазерах с просветляющимися фильтрами. Синхронизация продольных мод обсуждается с использованием как спектрального, так и временного подходов. При рассмотрении самосинхронизации мод в лазере с просветляющимся фильтром применяется временное описание на основе флуктуационных представлений. Временной подход используется также для описания акустооптической синхронизации мод в лазере с однородно уширенной линией усиления. Отдельно обсуждаются методы исследования сверхкоротких световых импульсов.
В приложениях рассматриваются полиномы Эрмита, матрицы Джонса, особые точки двумерной динамической системы и другие вопросы.
Данная книга является логическим продолжением ранее изданной книги автора «Физические основы квантовой электроники» (М.: Сов. радио, 1976), где была дана общая физическая картина взаимодействия оптического излучения с веществом.
Автор глубоко благодарен В. Г. Дмитриеву, В. Р. Кушниру, В. К. Новокрещенову, Е. А. Шалаеву, В. Н. Морозову, В. А. Дьякову, В. В. Никитину, Ю. Н. Пчельникову, А. М. Амельянцу, А. А. Соловьеву, В. Ф. Трухину, прочитавшим рукопись книги и высказавшим весьма ценные замечания и пожелания. Автор выражает благодарность А. Н. Тарасовой за помощь в подготовке рукописи к печати.
