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 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 203 204 205 206 207 208 209 210 211 212 213 214 215 216 217 218 219 220 221 222 223 224 225 226 227 228 229 230 231 232 233 234 235 236 237 238 239 240 241 242 243 244 245 246 247 248 249 250 251 252 253 254 255 256 257 258 259 260 261 262 263 264 265 266 267 268 269 270 271 272 273 274 275 276 277 278 279 280 281 282 283 284 285 286 287 288 289 290 291 292 293 294 295 296 297 298 299 300 301 302 303 304 305 306 307 308 309 310 311 312 313 314 315 316 317 318 319 320 321 322 323 324 325 326 327 328 329 330 331 332 333 334 335 336 337 338 339 340 341 342 343 344 345 346 347 348 349 350 351 352 353 354 355 356 357 358 359 360 361 362 363 364 365 366 367 368 369 370 371 372 373 374 375 376 377 378 379 380 381 382 383 384 385 386 387 388 389 390 391 392 393 394 395 396 397 398 399 400 401 402 403 404 405 406 407 408 409 410 411 412 413 414 415 416 417 418 419 420 421 422 423 424 425 426 427 428 429 430 431 432 433 434 435 436 437 438 439 440 441 442 443 444 445 446 447 448 449 450 451 452 453 454 455 456 457 458 459 460 461 462 463 464 465 466 467 468 469 470 471 472 473 474 475 476 477 478 479 480 481 482 483 484 485 486 487 488 489 490 491 492 493 494 495 496 497 498 499 500 501 502 503 504 505 506 507 508 509 510 511 512 513 514 515 516 517 518 519 520 521 522 523 524 525 526 527 528 529 530 531 532 533 534 535 536 537 538 539 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
§ 3. ОБЪЯСНЕНИЕ ЭФФЕКТА СИНХРОНИЗАЦИИ МОДТеория синхронизации мод была развита в Важнейшие результаты теоретических работ [1—4], а также работ Харраха [5] и Родди [6] сводятся к следующему. Если потери в системе изменяются с межмодовой частотой, то лазер должен испускать последовательность коротких импульсов (пичков). Действительно, интенсивность света, регистрируемая детектором в случае, когда световой пучок состоит из мод
Центральную частоту обозначим через
где
Результирующее поле в точке
Возводя величину
Из этого выражения ясно, что интенсивность света промодулирована с частотой Интенсивность в максимуме отдельного пичка равна
где
т. е. обратно пропорциональна ширине эмиссионной линии. При пассивной модуляции основную роль в синхронизации мод играют свойства красителя, а именно: зависимость его пропускания от интенсивности света, а также время релаксации, связанное с возвратом молекулы красителя в основное состояние. Эти вопросы проанализировали теоретически Флек [4], Пенцкоффер 17], Саши, Соничини и Звелто [8], Харрах и Качен [9], Зельдович и Кузнецова [10], Крюков и Летохов [11], Маркин [12], Летохов 113] и Басов с сотрудниками [14]. В работе Маркина принято, что в начальный момент моды имеют одинаковые амплитуды и произвольные фазы. Затем выведено такое соотношение фаз между модами, при котором поглощение лучистой энергии в красителе минимально. Получены следующие соотношения между фазами мод (х — расстояние между ячейкой с красителем и зеркалом,
Здесь Приведем здесь результаты расчетов Пенцкоффера [7], которые хорошо иллюстрируют поведение красителя в резонаторе лазера. Допустим, что молекулы красителя можно описать с помощью двухуровневой энергетической структуры (рис. 26.4). Пусть переход типа 1 2 является электрическим дипольным переходом, а
Рис. 26.4. Двухуровневая энергетическая структура молекулы красителя. рис. 26.4, справедливы следующие уравнения:
где а — эффективное поперечное сечение поглощения, с — скорость света,
Для типичного красителя фирмы «Кодак»
где
— пропускание ячейки с красителем, Кроме того,
представляет собой пропускание при малой интенсивности излучения,
Рис. 26.5. Схема для исследования очень коротких времен жизни возбужденных состояний [18]. 1, 2, 3 — фотодиоды: 1 — для контрольной регистрации серии лазерных пичков, 2 — для измерения которых времена жизни исследуемых состояний чрезвычайно коротки
Рис. 26.6. Зависимость относительного пропускания измерительного импульса от положения ячейки с красителем [18]. Это положение можно измерять относительно произвольной точки на оптической оси системы. где В последнее время растворы различных красителей широко применяются для синхронизации мод лазеров. Способ пассивной синхронизации чрезвычайно прост. Однако его недостатком является не очень хорошая повторяемость параметров цуга импульсов. Просветление красителя — частично необратимый процесс (из-за распада молекул под действием света). Иногда кювету с красителем соединяют с резервуаром, так что после каждой вспышки лазера происходит замена красителя. В заключение хотелось бы упомянуть о самосинхронизации мод (self mode-locking), которая часто возникает в самом активном веществе лазера. При этом активное вещество проявляет свои нелинейные свойства. Теоретический анализ самосинхронизации мод выполнили Статц, Де Марс и Танг [3]. Они показали, что в зависимости от положения активного элемента в резонаторе происходит генерация отдельных пичков или их серий в режиме частичной синхронизации мод. Авторы [3] сформулировали правило Рис. 26.7. (см. скан) Осциллограммы излучения рубинового лазера: а - режим гигантских импульсов, осуществленный с помощью вращающейся призмы; торцы рубина перпендикулярны оси системы (временной масштаб — 250 не на всю шкалу); б - режим гигантских импульсов, рубин с брюстеровскими торцами (250 не на всю шкалу); в — то же, что и на снимках максимального излучения, согласно которому лазерные моды оказываются оптимальными и вносят решающий вклад в излучение лазера, если фазовые соотношения между ними обеспечивают максимальную скорость вынужденных излучательных переходов. Поясним это несколько подробнее. Представим себе две моды версии населенностей моды усиливаются, что сопровождается снижением уровня инверсии для переходов с частотами Для иллюстрации эффекта самосинхронизации мод на рис. 26.7 приведены осциллограммы излучения рубинового лазера для случаев, когда торцы рубинового стержня были перпендикулярны оптической оси системы или наклонены под углами Брюстера. Из этих осциллограмм следует, что если в системе возможна генерация большого числа мод (несколько десятков), а полное время излучения превышает несколько сотен наносекунд, то происходит самосинхронизация мод. В результате синхронизации мод лазер генерирует цуги сверхкоротких импульсов. Методы получения таких цугов и измерения длительности отдельных импульсов мы подробно обсудим в следующей главе. ЛИТЕРАТУРА(см. скан)
|
1 |
Оглавление
|