2.11. Принципы частотной селекции

Различают угловую и частотную селекции, называемые также селекцией поперечных мод и селекцией продольных мод соответственно. Для выделения той или иной моды необходимо, чтобы потери для нее оказались меньше потерь для прочих мод. Селекция поперечных мод основана на различии поперечной структуры поля мод разного порядка, а селекция продольных мод — на различии частоты.

Различие структуры поля поперечных мод приводит к различию дифракционных потерь. В неустойчивых резонаторах дифракционные потери настолько велики, что обычно реализуется генерация лишь основной поперечной моды. В устойчивых резонаторах дифракционные потери относительно малы, и поэтому приходится

Рис. 2.69

как правило, принимать специальные меры, направленные на преимущественное увеличение потерь для мод более высоких порядков. С этой целью, например, вносят внутрь резонаторов диафрагму или подбирают геометрию резонатора (параметры таким образом, чтобы уменьшить число Френеля и тем самым увеличить различие в потерях для основной и прочих мод. Ниже подробнее остановимся на принципах частотной селекции.

Различные типы частотной селекции.

Предположим, что активная среда имеет два рабочих перехода — между двумя парами энергетических уровней. Когда говорят, что переходы происходят на частотах то имеют в виду частоты, соответствующие максимумам линий люминесценции

для рассматриваемых переходов. Для описания спектральных линий будем использовать зависимость от частоты начального коэффициента усиления (зависимость ).

На рис. 2.69, а изображены линии люминесценции для двух рабочих переходов; — эффективная ширина линии люминесценции (ширина на половине ее максимума), — расстояние между максимумами линий

Величина принимает значения в интервале приблизительно — в интервале от 1010 (газовые среды) до (органические красители). При наличии резонатора каждой линии люминесценции соответствует (в спектре генерации) набор спектральных линий резонатора, отвечающих резонансным частотам (рис. 2.69, б). Согласно (2.2.12) расстояние между максимумами соседних линий резонатора составляет где — длина резонатора; — скорость света в среде, заполняющей резонатор. Ширина отдельной линии резонатора

Используя рис. 2.69, выделим три типа частотной селекции в лазере. Первый тип — селекция в относительно широкой полосе частот, когда подавляются нежелательные переходы и обеспечивается генерация лишь на одном переходе. В этом случае генерация реализуется в пределах полосы частот шириной (рис. 2.69, б). Селекция второго типа обеспечивает генерацию в более узкой полосе частот, например, в пределах полосы шириной (рис. 2.69, б). Варьируя положение этого интервала частот в пределах ширины линии люминесценции, можно осуществлять плавную перестройку частоты генерируемого излучения. Селекция третьего типа — это селекция продольных мод. Она обеспечивает генерацию отдельной спектральной линии резонатора (обычно центральной линии). В этом случае селекция осуществляется в достаточно узком частотном интервале — порядка и меньше.