Ширина лінії підсилення деяких активних середовищ і тривалість імпульсів, що генеруються в режимі синхронізації мод

Активне середовище	, Гц	с	Тривалість імпульсу, с
He – Ne, неперервн., мкм
YAG:Nd^3+, неперервн., мкм
Рубін, імп. мкм
Скло:Nd^3+, імп., мкм
Родамін 6G, мкм

Лекція 18 Селекція поперечних та повздовжніх мод

18.1. Просторове випалювання провалів

Скоро після відкриття лазера експериментально спостерігалась багатомодова генерація у випадку неоднорідної (наприклад, для газового лазера ), так і в випадку однорідної (наприклад, для рубінового лазера ) розширених ліній. Останній результат, очевидно, находиться у суперечності з твердженнями, що при однорідно розширеній лінії лазер може генерувати лише на одній повздовжній моді. Цю невідповідність усунено шляхом врахування тих обставин, що кожна мода має певну картину стоячої хвилі в активному середовищі. Для простоти розглянемо три сусідні повздовжні моди, картина стоячих хвиль яких в активному середовищі наведена на рис.18.1.

Рис.18.1. Просторовий розподіл трьох стоячих хвиль, що відповідають трьом сусіднім повздовжнім модам. Зелений колір відповідає центральній моді.

Будемо вважати, що мода, стояча хвиля якої відображена зеленою фарбою на рис.18.1, є центральною модою, так що вона перша досягає порогу. Однак при встановленні генерації на цій моді інверсія населеностей в точках (у вузлах стоячої хвилі), в яких електричне поле рівне нулю, не зменшується і може наростати вище критичного значення . Мода, що наведена червоною (синьою) фарбою, яка спочатку має менше підсилення, може тепер досягнути підсилення, яке рівне або навіть більше, ніж підсилення моди, наведеною зеленим кольором, оскільки в генерацію на цій моді дають вклад ті області активного середовища, в яких інверсія населеностей не використовувалась при генерації „зеленої” моди. Тому генерація на „червоних та синіх” модах може проходити також, як і на „зеленій” моді. Отже, те що лазер з однорідним розширенням лінії генерує багато мод, пояснюється випалюванням дірок не в контурі лінії підсилення (частотне випалювання дірок), а випалюванням дірок (провалів) в просторовім розподілі інверсії населеностей всередині активного середовища (просторове випалювання дірок). Слід зазначити, що просторове випалювання провалів стосується однорідно та неоднорідно розширених ліній.

Таким чином можна зробити висновок, що лазер в любому випадку намагається працювати в багатомодовому режимі. У випадку однорідного розширення лінії це являється є наслідком просторового випалювання дірок, а у випадку неоднорідного розширення — наслідком як просторового так і частотного випалювання дірок. Однак існує декілька шляхів отримання одномодового режиму генерації, які ми зараз розглянемо.