КОЭ-03 - Самовозбуждение. Нестационарная генерация
.pdf
1
Самовозбуждение
и насыщение усиления
2 
Условия усиления и генерации
Усиления: инверсия населенностей
Генерации: усиление должно превышать все потери βω , включая «полезные»
αω -kω βω
Условие самовозбуждения
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
ω n |
|
||||||
αω |
ωnBnm gn |
g(ω) |
Nm |
|
Nn |
|
βω |
|
αω |
|
|
|
|
|
Q c |
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|||||||||||
|
c |
gm |
gn |
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
3 
Самовозбуждение и порог
Условие самовозбуждения квантового генератора
Nm |
|
Nn |
|
|
ω |
|
|
|
π2c3 Amn gn |
Nm |
|
Nn |
|
ω |
|
|||
ωBnm gn g(ω) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
g(ω) |
|
|
gm |
|
Q |
|
|
|
ω |
2 |
gm |
|
Q |
|
|||||||
|
|
gn |
|
|
|
|
|
|
|
gn |
|
|||||||
Определяет пороговую инверсию
Пороговая энергия (мощность) накачки для генерации - энергия (мощность) накачки, при которой достигается пороговая инверсия для генерации
Определяется добротностью
Оптимальный по Pвых коэффициент R
4 
Условие самовозбуждения для мо
Самовозбуждение определяется:
добротностью моды
аксиальные моды
близостью к максимуму спектральной линии g(ω)
Перекачка энергии
Интенсивность растет по экспоненте вплоть до насыщения
Одномодовая и многомодовая генерация
Селекция
мод
5
Нестационарная генерация, модуляция добротности и 
синхронизация мод
6 |
|
|
|
Нестационарная генерация |
||
|
|
|
Нестационарный режим работы лазера - импульсный |
|||
|
|
|||||
|
|
|||||
|
|
режим работы, характерные времена которого короче |
||||
|
|
времен релаксации населенностей рабочих уровней |
||||
|
|
активной среды |
||||
Режим свободной генерации - добротность Q и пороговая |
||||||
|
|
населенность N2 пор неизменны во времени |
||||
|
dNm/dt ≠ 0 |
|
|
|||
|
Режим |
|
|
|||
|
|
регулярных |
|
|
||
|
|
пичков |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
7 
Реальная нестационарная генерац
Многомодовая генерация – взаимодействие мод
Параметры лазера нестабильны во времени
Режим нерегулярных пичков (пичковый режим генерации) - интенсивность хаотически изменяется и не затухает во времени
И в импульсных, и в непрерывных лазерах
8 
Режим модулированной добротности
Накопление энергии накачки за большой промежуток времени
Большая перенаселенность
Импульсный режим
В момент модуляции - мощный короткий световой импульс
Гигантский импульс
|
P |
|
ω |
V N |
|
|
|
нач |
|
||||
|
max |
|
2tф |
|
||
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
V – объем моды в веществе
9 |
|
|
|
|
Методы модуляции добротности |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
Вращение одного из зеркал резонатора (или призмы |
|
1. |
|
|
|||
|
|
||||
|
|
|
|
|
полного внутреннего отражения) |
|
|
|
Добротность включена, когда зеркала параллельны |
||
2. |
|
|
Внутри резонатора управляемый извне оптический |
||
|
|
|
|
|
модулятор |
|
|
|
Электрооптические и акустооптические модуляторы |
||
3. |
|
|
Внутри резонатора насыщающийся поглотитель |
||
Показатель поглощения уменьшается (насыщается) с ростом интенсивности излучения
Просветляющиеся красители
Переход поглощающих молекул красителя в возбужденное состояние
1 и 2 активные методы, 3 – пассивный (потери регулируются автоматически)
Если время включения добротности мало (меньше tф) - один моноимпульс
Если велико (τ > 10–8 с) - несколько гигантских импульсов.
10
Многомодовая генерация и синхронизация мод
Пусть существует (2N + 1) аксиальных мод
Амплитуды равны: El = E0
Расстояние между модами: Δω = ωq + 1 – ωq = πc/L
ω0 - для центральной моды
Синхронизация мод - синхронизация фаз
Моды интерферируют
Пиковая мощность импульса в (2N + 1) раз превышает мощность отдельных мод
τи Δτ τ
(2N 1) 1
Δν
Нужны широкие линии
Модуляция усиления (потерь)
с частотой Ω = Δω = πc/L,
равной межмодовому интервалу