7.19. РЕЗОНАТОРЫ С АКТИВНОЙ СРЕДОЙ

До сих пор мы рассматривали лишь незаполненные активной средой резонаторы. Поэтому, исходя из представленной выше теории, мы не можем сделать заключения об амплитуде и частоте генерации в лазерах. Для того чтобы получить информацию об этих параметрах, мы должны решить уравнения (7.1.13), а для этого нам необходимо

иметь аналитическую зависимость лазерного усиления и фазового множителя от частот и интенсивности. Кроме того, необходимо учитывать и тот факт, что поле в окрестности оси резонатора неоднородно, поэтому каждому сечению резонатора придется приписывать свое значение интенсивности. Таким образом, введенный выше параметр I для определения и теперь можно использовать лишь для учета того, что обе эти величины зависят от общей интенсивности генерируемой моды.

Кроме того, при определении величину! и мы будем предполагать, что лазер работает в одномодовом режиме, т. е. считать, что поле в резонаторе генерируется на одной частоте, совпадающей с частотой данной продольной моды. Это предположение более или менее верно для некоторых типов лазеров, имеющих однородную ширину линии усиления. Однако газовые лазеры, линии которых являются неоднородно уширенными за счет эффекта Доплера, трудно заставить работать в одномодовом режиме, и для этого, как правило, требуется принимать дополнительные меры.

Анализ многомодового режима генерации чрезвычайно сложен, поскольку он должен учитывать нелинейный характер взаимодействия между различными модами, которое может привести к возникновению нежелательных эффектов, таких, как генерация периодических последовательностей или пакетов коротких импульсов вследствие фазовой когерентности между различными генерируемыми модами (см. книгу Ярива [8], указанную в литературе к гл. 1 нашей книги). В случае когда фазовая синхронизация обусловливается нелинейным поведением активной среды, принято говорить о самосинхронизации, чтобы отличить это от случая, в котором синхронизация возникает за счет включения в оптический резонатор пассивной среды, коэффициент пропускания которой увеличивается с интенсивностью излучения (пассивная синхронизация мод). Примерами таких сред, называемых насыщаемыми поглотителями, являются газы (например, ), жидкости (например, красители), а также твердые тела, линия поглощения которых совпадает с рабочей частотой лазера. Принцип действия насыщаемых поглотителей нетрудно понять, если заметить, что поглотительная способность среды понижается, когда населенности верхнего и нижнего уровней поглотителя выравниваются. (Следовательно, хороший насыщаемый поглотитель должен насыщаться при умеренных значениях интенсивности света). Более надежным способом синхронизации мод является введение в резонатор нелинейной среды, потери в которой могут быть промодулированы переменным электрическим полем с частотой модуляции, совпадающей с межмодовым

частотным интервалом. Этот метод, известный под названием активной синхронизации мод, в основном используется для генерации коротких импульсов в лазерах непрерывного действия.

В остальной части этого раздела рассмотрим процесс установления непрерывной генерации в одномодовых лазерах с однородно уширенной линией лазерного перехода. Хотя такая ситуация встречается редко, однако в этом случае рассмотрение оказывается не столь сложным, как при неоднородном уширении линий. Тем не менее к последнему случаю мы будем иногда обращаться [44].