Спектральное уширение
Cтраница 2
Сравнение этих спектров со спектром гауссовского импульса без частотной модуляции ( левая часть рис. 4.4) показывает, что начальная частотная модуляция может привести к качественным изменениям в спектральном уширении, вызываемом ФСМ. Положительная частотная модуляция увеличивает число максимумов на спектре, тогда как в случае отрицательной частотной модуляции ( ЧМ) имеет место обратное. Таким образом, она складывается с начальной частотной модуляцией при С 0, приводя к увеличению осцилляции. В случае С 0 два вклада в частотную модуляцию имеют разные знаки в центре импульса. Крайние максимумы на рис. 4.5 для С - 5 возникают вследствие остаточной частотной модуляции на переднем и заднем фронтах. [16]
Сравнение этих спектров со спектром гауссовского импульса без частотной модуляции ( левая часть рис. 4.4) показывает, что начальная частотная модуляция может привести к качественным изменениям в спектральном уширении, вызываемом ФСМ. Положительная частотная модуляция увеличивает число максимумов на спектре, тогда как в случае отрицательной частотной модуляции ( ЧМ) имеет место обратное. Таким образом, она складывается с начальной частотной модуляцией при С О, приводя к увеличению осцилляции. В случае С 0 два вклада в частотную модуляцию имеют разные знаки в центре импульса. Крайние максимумы на рис. 4.5 для С - 5 возникают вследствие остаточной частотной модуляции на переднем и заднем фронтах. [17]
Стационарный режим генерации лазера является одним из простейших, что позволяет использовать полученные выше уравнения для исследования влияния на характеристики излучения лазера схемы энергетических уровней активного элемента, неоднородного характера поля в резонаторе и неоднородного спектрального уширения активной среды. [18]
Даже при умеренных значениях выходной мощности ( например, при Р 1 мВт, что соответствует маломощному Не - Ne-лазеру) величина AvreH, определяемая выражением (5.66), оказывается столь малой, что в действительности фактическая ширина линии AvreH определяется другими механизмами спектрального уширения. Для того чтобы понять смысл столь высокой спектральной чистоты, посмотрим, какие требования следует предъявить к стабильности длины резонатора, чтобы стабильность частоты резонатора vc поддерживалась с указанной выше точностью. [19]
Важной характерной чертой ФКМ является то, что для двух полей одинаковой интенсивности вклад ФКМ в нелинейный набег фазы в 2 раза больше чем вклад ФСМ. Помимо всего прочего ФКМ вызывает асимметричное спектральное уширение совместно распространяющихся импульсов. [20]
Взаимодействие с фононами приводит к спектральному уширению линий, фотоны определяют процессы спонтанного распада. [21]
Монохроматичность лазерного излучения очень велика. Ширина линии излучения лазера определяется значением спектрального уширения линии Доплера, которое равно 1 5 - 7 ГГц. При этом полоса частот, занимаемая лазерным излучением, оказывается приблизительно в 105 раз меньше, чем для составляющих белого света. Поскольку для ощущения разницы в цвете требуется изменение частоты излучения не менее чем на несколько процентов, можно считать, что практически лазер генерирует спектрально чистые и полностью насыщенные цвета. [22]
Принципиальным отличием лазеров на конденсированных средах от газовых является то, что атомы и молекулы в них либо совсем не могут совершать какого-либо направленного поступательного движения, что имеет место в твердых телах, либо, если могут, то это движение настолько ограниченно и не существенно по сравнению с колебательным или вращательным ( характерными для жидкостей), что его можно не учитывать. Колебательное или вращательное движение структурных элементов в конденсированных средах определяют главным образом релаксационные процессы и спектральное уширение линий, соответствующих переходам между парами отдельных энергетических уровней. Для твердых активных сред, которые в большинстве случаев представляют собой ионные кристаллы, характерно колебатель-г ное движение, которое, в зависимости от типа кристаллической решетки, может соответствовать либо только акустическим ветвям колебаний, либо - акустическим и оптическим. В настоящее время наиболее широкое применение находят лазеры на растворах органических красителей, состоящих из сложных молекул, имеющих сложную систему энергетических уровней, сводимую в большинстве случаев к четырехуровневой схеме. В молекулах жидкостей могут также совершаться колебательные движения, которые, как и в кристаллах, сопоставимы либо с акустическими, либо с оптическими ветвями колебаний. Основное различие заключается в том, что в сложных молекулах на уширение и усложнение системы энергетических уровней существенное влияние могут оказать вращательные движения. Кроме того в молекулах, как правило, отсутствует трансляционная симметрия, существенная для кристаллов и определяющая зонную структуру энергетических уровней твердых тел. [23]
Экспериментальная реализация самосжатия требует решения практически важных вопросов об оптимальной длине волоконного световода и о предельно достижимой степени сжатия. Простые оценки этих величин получаются из соображений, аналогичных приведенным в § 4.4. Исходя из величины нелинейного спектрального уширения Доз toVZ и условия A. & 2Att2t0, легко показать, что хвост импульса, где первоначально локализованы высокочастотные спектральные компоненты, догоняет низкочастотный фронт на расстоянии LonT-LHJI. Таким образом, длину световода следует выбирать порядка нелинейной длины. [24]
ФСМ, являющееся результатом зависимости показателя преломления от интенсивности. Главным образом действие ФСМ состоит в уширении спектров оптических импульсов, распространяющихся в световоде. Если ФСМ и ДГС действуют совместно в оптическом волокне, то их действие сказывается также и на форме импульса. Особенности спектрального уширения наводимого ФСМ без эффекта ДГС и с ним обсуждаются в отдельных разделах. Также рассматриваются нелинейные и дисперсионные эффекты высших порядков, важность которых нарастает, когда импульсы становятся короче 1 пс. [25]
Качественное поведение в этом случае сильно отличается от случаев, когда либо ДГС, либо ФСМ доминируют. В частности, импульс уширяется значительно быстрее, чем в случае N 0 ( в отсутствие ФСМ), Это объясняется тем, что ФСМ приводит к генерации новых частотных компонент, смещенных в длинноволновую ( красную) область на переднем фронте и в коротковолновую ( синюю) область на заднем фронте импульса. Так как красные компоненты движутся быстрее, чем синие в области нормальной дисперсии, ФСМ ведет к увеличению скорости уширения импульса по сравнению с дисперсионным уширением. Это в свою очередь влияет на спектральное уширение, так как фазовый набег § NL из-за ФСМ уменьшается в сравнении со случаем, когда форма импульса остается неизменной. В самом деле, фмакс 5 при z 5LD, и в отсутствие ДГС возникает двугорбый спектр. То, что спектр импульса при z / D D 5 на рис, 4.6 имеет один максимум, означает, что эффективный фма1 [ с меньше л из-за уширения импульса. [27]
Качественное поведение в этом случае сильно отличается от случаев, когда либо ДГС, либо ФСМ доминируют. Это объясняется тем, что ФСМ приводит к генерации новых частотных компонент, смещенных в длинноволновую ( красную) область на переднем фронте и в коротковолновую ( синюю) область на заднем фронте импульса. Так как красные компоненты движутся быстрее, чем синие в области нормальной дисперсии, ФСМ ведет к увеличению скорости уширения импульса по сравнению с дисперсионным уширением. Это в свою очередь влияет на спектральное уширение, так как фазовый набег NL из-за ФСМ уменьшается в сравнении со случаем, когда форма импульса остается неизменной. В самом деле, фмакс 5 при z 5LD, и в отсутствие ДГС возникает двугорбый спектр. То, что спектр импульса при z / D D 5 на рис. 4.6 имеет один максимум, означает, что эффективный фма с меньше л из-за уширения импульса. [29]
Обратимся теперь к расчету ширины AvreH выходного спектра лазера, когда генерация в нем осуществляется лишь на указанной выше моде. Наименьшее значение ширины определяется шумами спонтанного излучения или, что одно и то же, нулевыми флуктуациями поля лазерной моды. Можно показать, что хотя случайным флуктуациям подвержены и амплитуда, и фаза поля нулевых колебаний, спектральное уширение выходного излучения обусловлено главным образом случайными флуктуациями фазы, в то время как очень небольшие флуктуации величины выходной мощности вызываются флуктуациями амплитуды поля нулевых колебаний. Это можно объяснить, обращаясь к тому факту, который рассматривался в начале данной главы, что количество фотонов в резонаторе лазера, а следовательно, и выходная мощность весьма нечувствительны к тому числу фотонов qlt которые изначально имеются в резонаторе, чтобы вызвать процесс спонтанного излучения. [30]
Страницы: 1 2 3