§ 3. САМОФОКУСИРОВКА И АВТОКОЛЛИМАЦИЯ ПУЧКА ЛАЗЕРА, РАБОТАЮЩЕГО В НЕПРЕРЫВНОМ РЕЖИМЕ

Недавно Бьеркхольм и Ашкин [22] сообщили о чрезвычайно интересном эффекте самофокусировки и автоколлимации пучка лазера, работающего в непрерывном режиме. Кроме того, они наблюдали расфокусировку пучка лазера на красителе в парах натрия. Применение перестраиваемого непрерывного лазера на красителе позволило получить излучение со спектральной шириной, в несколько раз превышающей доплеровскую ширину резонансного перехода для линии в парах натрия. Лазерный пучок мощностью всего испытывал автоколлимацию; при этом образовывался световой канал длиной 12 см и диаметром 70 мкм. Поскольку эксперимент Бьеркхольма и Ашкина был в некотором смысле переломным в области исследования автоколлимации света, рассмотрим его несколько подробнее.

Авторы [22] прежде всего обращают внимание на сильную зависимость наблюдаемого эффекта от точности согласования частот лазерного пучка и резонасного перехода в парах натрия. Поскольку наблюдения проводились в стационарном режиме, впервые появилась возможность точно измерить профиль пучка в нелинейной среде. По мнению авторов, обнаруженные эффекты в парах натрия объясняются насыщением аномальной дисперсии, которое зависит от интенсивности света. По отношению к пространственно неоднородному световому пучку пары натрия ведут себя как линза. В соответствии с этой моделью при подходе к частоте рассматриваемого перехода со стороны высоких частот наблюдалась самофокусировка, а со стороны низких частот — расфокусировка.

Рис. 24.10. Следы пучка лазера на красителе после прохождения через кювету с парами натрия [22]. Съемка производилась на расстоянии 200 см от кюветы, а — Лазер настроен точно на частоту перехода со стороны высоких частот, при этом происходит самофокусировка (мощность лазера поглощение в кювете — пучок распространяется в условиях, далеких от резонанса; в — эффект расфокусировки.

Линейно-поляризованное излучение лазера на красителе направлялось на пирексовую кювету с парами натрия. Лазер работал на основной моде Диаметр пучка на выходе из кюветы составлял 69 мкм. Кювета помещалась в специальную печь, так что колебания температуры паров натрия вдоль кюветы не превышали Лазер настраивался точно на длину волны резонансного перехода Незначительным уширением уровня можно пренебречь.

Уровни основного состояния характеризуются сверхтонким расщеплением (около 1,77 ГГц). Это расщепление несколько превосходит доплеровское уширение (около 1,7 ГГц). Оно играет довольно существенную роль в процессе автоколлимации.

Примеры самофокусировки, нормального распространения с дифракцией и расфокусировки в парах натрия показаны на рис. 24.10. Металлический натрий находился в боковом плече кюветы при температуре плотность атомов натрия в кювете составляла Лазерный пучок состоял из двух продольных мод, отличающихся по частоте на

При самофокусировке одна мода лазера отстояла на от частоты высокочастотного перехода типа Вторая мода находилась в резонансе с указанным переходом и полностью поглощалась в кювете. При настройке лазера на частоту низкочастотного перехода типа происходила расфокусировка лазерного пучка.

ЛИТЕРАТУРА

(см. скан)