Конкуренция - мода
Cтраница 2
Эти уравнения позволяют проанализировать следующие вопросы: условие лазерной генерации, распределение интенсивности по модам, одномодовый режим работы лазера, многомодовый режим ( одновременная генерация и конкуренция мод), каскадная генерация, режим модулированной добротности, релаксационные колебания. [16]
Изучение поглощения слабого поля является типичной задачей для исследований нелинейных свойств систем. Например, она детально решалась для двухуровневых систем в газах. Постановка такой задачи важна при изучении возникновения и конкуренции мод в ПЛ. [17]
Видно, что предсказанные эффекты действительно наблюдались. Рост моды 2 подавляется модой 1, а относительные флуктуации интенсивности моды 2 становятся близкими к единице при существенном превышении порога. В случае большого значения параметра накачки ai, электромагнитные волны, распространяющиеся в одном направлении по кольцу приобретают характеристики когерентного лазерного света, тогда как волны, распространяющиеся в противоположном направлении, имеют характер теплового или некогерентного света. Мы здесь имеем поразительное проявление конкуренции мод в лазере, причем большая асимметрия в свойствах двух мод вызвана относительно малой асимметрией соответствующих потерь. [19]
На рис. 19.3 приведены средние интенсивности / ]) и / 2 как функции от а в случае небольшой асимметрии Да а - а % 0.8. На практике, для большинства кольцевых лазеров разность Да, обычно, меньше, но не равна нулю и не очень сильно меняется при изменении параметра а. При увеличении а, средняя интенсивность ( Д монотонно растет выше порога, как в случае одномодового лазера, но рост / 2 ограничен выше порога и / 2 достигает своего асимптотического значения. Другими словами, менее затухающая мода 1 подавляет рост более затухающей моды 2 при увеличении а. Еще более интересное поведение наблюдается у относительных флуктуации интенсивности ( Д /) 2 / /) 2 двух мод, показанных на рис. 19.4 для случая Да а - а % 0.8. В отличие от относительных флуктуации моды 1, стремящихся к нулю при увеличении ai, что характерно для лазера выше порога, относительные флуктуации более затухающей моды 2 на частоте центра линии достигают минимума чуть выше порога, а затем опять становятся равными единице, которая является численной характеристикой теплового или некогерентного света ( ср. Таким образом, конкуренция мод проявляется в сильной асимметрии не только интенсивностей двух мод, но и их флуктуационных свойств. В заключение на рис. 19.4 показана также функция взаимной корреляции интенсивностей двух мод. Она всегда отрицательна, поскольку моды соревнуются из-за фотонов, испускаемых общей системой атомов, и достигает своего наибольшего численного значения чуть выше порога. [21]
В типичных условиях режима работы лазера на ионах благородного газа однородное и неоднородное уширения имеют приблизительно один и тот же порядок величины. Для лазера на ионах аргона ( переход Л 514 нм) доплеровская ширина составляет приблизительно 3 5 ГГц. Однородная ширина линии заключена между 0 5 и 0 8 ГГц. Она обусловлена главным образом эффектом Штарка, возникающим благодаря высоким плотностям электронов ( - 1020 м - 3), и спонтанным испусканием. Заметим, что естественная ширина линии составляет 0 46 ГГц. Большое однородное уширение влечет за собой сильную конкуренцию мод, и если не принять особые меры, то она может легко привести к значительным флуктуациям амплитуды в многомодовом режиме. [22]
Очевидно, что в общем случае кольцевой лазер может генерировать излучение, распространяющееся в двух противоположных направлениях. Из-за симметрии задачи и потери, и оптические длины пути будут для таких противонаправленных лучей одинаковы. Вырождение по направлению генерации может быть снято, если вся система в целом вращается. Тогда одна из бегущих волн взаимодействует с ансамблем атомов, который в целом движется со скоростью vr - urR, где шг - угловая скорость вращения, a R - средний радиус кольцевого резонатора. Это явление легко обнаруживается по наблюдению биений между двумя модами резонатора. Если шг - 0, частоты двух волн становятся близкими, и сколь угодно малое взаимодействие между ними становится резонансным - происходит захват моды на одной из частот. Такие явления, как насыщение среды и особенно рассеяние света назад, не позволяют использовать лазерный гироскоп для малых угловых скоростей вращения. Здесь возникают вопросы, связанные с многомодовой генерацией и конкуренцией мод. [23]
Страницы: 1 2