Главная > Физика процессов в генераторах когерентного оптического излучения
НАПИШУ ВСЁ ЧТО ЗАДАЛИ
СЕКРЕТНЫЙ БОТ В ТЕЛЕГЕ
<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Пред.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
65
66
67
68
69
70
71
72
73
74
75
76
77
78
79
80
81
82
83
84
85
86
87
88
89
90
91
92
93
94
95
96
97
98
99
100
101
102
103
104
105
106
107
108
109
110
111
112
113
114
115
116
117
118
119
120
121
122
123
124
125
126
127
128
129
130
131
132
133
134
135
136
137
138
139
140
141
142
143
144
145
146
147
148
149
150
151
152
153
154
155
156
157
158
159
160
161
162
163
164
165
166
167
168
169
170
171
172
173
174
175
176
177
178
179
180
181
182
183
184
185
186
187
188
189
190
191
192
193
194
195
196
197
198
199
200
201
202
203
204
205
206
207
208
209
210
211
212
213
214
215
216
217
218
219
220
221
222
223
224
225
226
227
228
229
230
231
232
233
234
235
236
237
238
239
240
241
242
243
244
245
246
247
248
249
250
251
252
253
254
255
256
257
258
259
260
261
262
263
264
265
266
267
268
269
270
271
272
273
274
275
276
277
278
279
280
281
282
283
284
285
286
287
288
289
290
291
292
293
294
295
296
297
298
299
300
301
302
303
304
305
306
307
308
309
310
311
312
313
314
315
316
317
318
319
320
321
322
323
324
325
326
327
328
329
330
331
332
333
334
335
336
337
338
339
340
341
342
343
344
345
346
347
348
349
350
351
352
353
354
355
356
357
358
359
360
361
362
363
364
365
366
367
368
369
370
371
372
373
374
375
376
377
378
379
380
381
382
383
384
385
386
387
388
389
390
391
392
393
394
395
396
397
398
399
400
401
402
403
404
405
406
407
408
409
410
411
412
413
414
415
416
417
418
419
420
421
422
423
424
425
426
427
След.
Макеты страниц

Распознанный текст, спецсимволы и формулы могут содержать ошибки, поэтому с корректным вариантом рекомендуем ознакомиться на отсканированных изображениях учебника выше

Также, советуем воспользоваться поиском по сайту, мы уверены, что вы сможете найти больше информации по нужной Вам тематике

ДЛЯ СТУДЕНТОВ И ШКОЛЬНИКОВ ЕСТЬ
ZADANIA.TO

Глава 2. ФОРМИРОВАНИЕ ПОЛЯ ИЗЛУЧЕНИЯ В РЕЗОНАТОРЕ ЛАЗЕРА

Говоря о принципиально важных элементах лазера, следует отметить наряду с активной средой и системой возбуждения (системой накачки) также оптический резонатор. Для возникновения генерации в лазере необходимо, чтобы инверсия активной среды обеспечила превышение усиления над суммарными потерями в резонаторе. Изменяя уровень и характер потерь в резонаторе, можно осуществлять управление процессом генерации. В соответствии со спецификой используемого в лазере резонатора генерируется излучение, поле которого имеет определенную спектральную и пространственно-временную структуру. Формирование поля излучения с определенной структурой — принципиальная функция оптического резонатора в лазере.

2.1. Условие обеспечения генерации

Необходимость превышения начального коэффициента усиления над коэффициентом потерь.

Как известно, возрастание плотности светового потока по мере его распространения в инвертированной активной среде сопровождается процессом постепенного выравнивания заселенностей рабочих уровней, что приводит к эффекту насыщения усиления. Коэффициент усиления в точке (ось — направление распространения потока) выражается через плотность светового потока следующим образом:

где скорость света в активной среде: а — параметр нелинейности рабочего перехода; — начальный коэффициент усиления. Параметр нелинейности характеризует быстроту выравнивания заселенностей рабочих уровней при возрастании плотности светового потока. Начальный коэффициент усиления определяется плотностью инверсной заселенности рабочих уровней в отсутствие генерации, т. е. при

Здесь со — частота генерируемого излучения; коэффициент Эйнштейна; — сечение индуцированного испускания в рабочем переходе; (эта величина использовалась в § 1.2). Заметим, что подстановка (2.1.2) в (2.1.1) приводит к результату (1.1.3):

Световая мощность, генерируемая активными центрами в единице объема, описывается выражением

Исключая из (2.1.1) и (2.1.3), получаем

Обозначим через световую мощность, генерируемую во всем объеме активной среды лазера:

Здесь — площадь поперечного сечения активной среды; — длина резонатора (для простоты полагаем, что

активная среда полностью заполняет резонатор и физические величины не зависят от поперечных координат). Подставляя (2.1.4) в (2.1.5), находим

где — коэффициент усиления, усредненный по длине резонатора.

В случае стационарной генерации справедливо соотношение

где — линейные коэффициенты ослабления светового потока, отвечающие соответственно вредным и полезным потерям. Полезные потери обусловлены уходом части энергии из активной среды в виде лазерного излучения; коэффициент полезных потерь описывается выражением

где — коэффициенты отражения зеркал резонатора лазера. Вредные потери могут быть обусловлены поглощением излучения атомами (молекулами), не являющимися активными центрами, рассеянием излучения через боковую поверхность активной среды, дифракционными эффектами и другими причинами.

Используя (2.1.7), перепишем (2.1.6) в виде

Этот результат позволяет сделать весьма важное заключение (справедливое не только для стационарной генерации, но и в общем случае): для обеспечения генерации необходимо, чтобы выполнялось неравенство

Иными словами, начальный коэффициент усиления должен превышать уровень потерь в резонаторе, который определяется суммой коэффициентов вредных и полезных потерь.

Таблица 2.1

Чем больше разность тем больше генерируемая световая мощность. Порог генерации определяется равенством

1
Оглавление
email@scask.ru