Astronet > Lazery i ih primenenie

po tekstam po klyuchevym slovam v glossarii po saitam perevod po katalogu

Lazery i ih primenenie

M. F. Sem (Rostovskii gosudarstvennyi universitet, Rostov-na-Donu)
Opublikovano v Sorosovskom obrazovatel'nom zhurnale, N 6, 1996 g. Soderzhanie

Esli v processe raboty lazera parametry rezonatora (poteri i svyazannaya s nimi dobrotnost') ostayutsya neizmennymi, lazer rabotaet v tak nazyvaemom "rezhime svobodnyh kolebanii". Ochevidno, chto v etom sluchae pri stacionarnoi nakachke lazer budet rabotat' v nepreryvnom rezhime, pri impul'snoi nakachke - v impul'snom. Dostoinstvom nepreryvnogo rezhima yavlyaetsya to, chto v etom rezhime naibolee polno realizuyutsya takie svoistva lazerov, kak monohromatichnost', kogerentnost', napravlennost' i nizkii uroven' shumov izlucheniya. V impul'snom rezhime v aktivnuyu sredu mozhet byt' vvedena znachitel'no bolee vysokaya moshnost' nakachki i sootvetstvenno polucheny bol'shie moshnosti generacii. Krome togo, v impul'snom rezhime za schet perehodnyh processov mozhet byt' poluchena inversiya i generaciya na takih perehodah, gde v stacionarnom rezhime inversiya dostignuta byt' ne mozhet. Otmetim, chto impul'snyi rezhim generacii mozhet byt' osushestvlen i za schet upravleniya parametrami rezonatora [Karlov N.V., 1988, Tarasov L.V., 1981]. Nizhe rassmotreny dva primera, illyustriruyushie eto.

Rezhim modulirovannoi dobrotnosti (rezhim generacii gigantskih impul'sov)

Dopustim, chto nakachka osushestvlyaetsya pri nizkoi dobrotnosti rezonatora (vysokih poteryah), tak chto generaciya vozniknut' ne mozhet. Togda mozhet byt' dostignuta maksimal'naya dlya dannoi skorosti nakachki F₂ raznost' naselennostei $\Delta n_0$ i v edinice ob'ema veshestva zapasena energiya $\Delta U_0 = h\nu_0 \Delta n_0 \approx h\nu_0 F_2 \tau_2$ . Otmetim, chto pri stacionarnom rezonatore s nizkimi poteryami eto znachenie $\Delta n_0$ dostignuto byt' ne mozhet, poskol'ku po dostizhenii poroga i vozniknovenii generacii inversiya bol'she ne rastet, tak kak nakachka, prevyshayushaya porogovuyu, uhodit v lazernoe izluchenie. Esli etu zapasennuyu energiyu vysvetit' v impul'se dlitel'nost'yu $\tau_{\Box}$ , to poluchaetsya udel'naya moshnost' $P_{\Box} = \frac{h\nu_0 F_2 \tau_2}{2\tau_{\Box}} = P_1 \frac{\tau_2}{2\tau_{\Box}}$ poskol'ku $P_1 = h\nu_0 F_2 \tau_2$ est' maksimal'naya (s edinicy ob'ema) moshnost' v nepreryvnom rezhime. Pri $\tau_{\Box} \ll \tau_2$ mozhno poluchit' sushestvennyi vyigrysh v moshnosti. Rezhim modulirovannoi dobrotnosti osushestvlyaetsya sleduyushim obrazom: po dostizhenii maksimal'noi inversii dobrotnost' rezonatora bystro uvelichivaetsya, poteri umen'shayutsya i nachinaet razvivat'sya generaciya, prohodya sperva lineinyi etap razvitiya iz spontannogo izlucheniya, a zatem bystryi nelineinyi etap, za vremya kotorogo zapasennaya v rabochem veshestve energiya vypleskivaetsya v vide korotkogo (na praktike do 3-10 ns) i moshnogo impul'sa. Tipichnye znacheniya dostigaemyh moshnostei sootvetstvuyut 10⁷ - 10⁸ Vt, rekordnye - 10¹³-10¹⁵ Vt. Naprimer, dlya rubinovogo lazera, dayushego v rezhime svobodnyh kolebanii R = 10³ Vt pri $\tau_{\Box} = 10^{-3} c$ , v rezhime modulirovannoi dobrotnosti $(\tau= 10 ns)$ P = 10⁸ Vt, to est' vozrastaet na 5 poryadkov. Bystroe vklyuchenie dobrotnosti (izmenenie poter' ot vysokih k nizkim) mozhno osushestvit' razlichnymi sposobami: mehanicheskim, vrashaya odno iz zerkal, ili elektoopticheskim, pomeshaya v rezonator yacheiku Kerra, rabotu kotoroi kak zatvora mozhno obespechit' podachei na nee napryazheniya.

Metod sinhronizacii prodol'nyh mod

Eshe bolee korotkie svetovye impul'sy udaetsya poluchit', ispol'zuya metod sinhronizacii prodol'nyh mod [Tarasov L.V., 1981, Bryunner V., Yunge K., 1991]. Kak uzhe otmechalos', rasstoyanie mezhdu prodol'nymi modami men'she shiriny linii rabochego perehoda v lazere, i vozmozhna generaciya lazera na neskol'kih prodol'nyh modah. V gazah shirina linii $\Delta \nu$ sostavlyaet okolo 10⁹ Gc, v tverdotel'nyh lazerah 10¹¹-10¹² Gc, v lazerah na krasitelyah 10¹³-10¹⁴ Gc. Pri $\Delta \nu_{\Box} = 10^8$ Gc (L = 1 m) eto daet chislo mod $M = \Delta \nu / \Delta \nu_{\Box}$ ot 10 dlya gazovyh lazerov do 10⁵-10⁶ dlya lazerov na krasitelyah. V obychnyh usloviyah izluchenie raznyh mod ne svyazano (ne sinhronizirovano) drug s drugom i otdel'nye mody vystupayut kak nezavisimye generatory. Esli zhestko svyazat' fazy otdel'nyh mod, to est' zastavit' ih generirovat' sinhronno, izluchenie lazera priobretaet vid posledovatel'nosti korotkih impul'sov, sleduyushih drug za drugom s periodom T = 2L/c i imeyushih v predele dlitel'nost' $\tau_{\Box} = 1 / \Delta \nu_{\Box}$ . Moshnost' v impul'se pri etom rezko vozrastaet (v M raz) po sravneniyu c nesinhronizirovannym rezhimom. Zhestkogo zakrepleniya fazovyh sootnoshenii mezhdu modami mozhno dobit'sya, osushestvlyaya modulyaciyu poter' v rezonatore s chastotoi $f = \Delta \nu_{\Box}$ . Pri etom generiruemoe izluchenie (skazhem, na central'noi mode s chastotoi $\nu_0$ ) moduliruetsya po amplitude s chastotoi $f = \Delta \nu_{\Box}$ , a znachit, v ego spektre voznikayut dopolnitel'nye sostavlyayushie, otstoyashie ot nesushei na chastoty, kratnye chastote modulyacii, to est' sovpadayushie po chastote s chastotami sosednih mod i igrayushie dlya nih rol' vynuzhdayushei sily, v rezul'tate chego dostigaetsya sinhronizaciya. V rezhime sinhronizacii ot lazerov udaetsya poluchit' sverhkorotkie svetovye impul'sy (10^-12-10^-13 s) vysokoi moshnosti. S pomosh'yu special'nyh metodov dlitel'nost' impul'sov udaetsya dovesti do 10^-14 - 10^-15 s [Bryunner V., Yunge K., 1991].

Nazad | Vpered

Publikacii s klyuchevymi slovami: lazer - kvantovyi usilitel' - kvantovyi generator - kogerentnost' - inversnaya naselennost' - mazer - spontannoe izluchenie - vynuzhdennoe izluchenie - nakachka - opticheskii rezonator - moda kolebanii
Publikacii so slovami: lazer - kvantovyi usilitel' - kvantovyi generator - kogerentnost' - inversnaya naselennost' - mazer - spontannoe izluchenie - vynuzhdennoe izluchenie - nakachka - opticheskii rezonator - moda kolebanii

Sm. takzhe:

Luchi lazerov pomogayut uspokoit' atmosferu

Lazer b'et v centr Galaktiki

Ataka lazernoi opornoi zvezdy

Tumannost' s lazernymi luchami

Chetyre lazera nad Mauna Kea

Papa usmiryaet Omikron Kita

Lazernyi vystrel v centr Galaktiki

Vse publikacii na tu zhe temu >>

Obsudit' etu publikaciyu

Versiya dlya pechati

Astrometriya - Astronomicheskie instrumenty - Astronomicheskoe obrazovanie - Astrofizika - Istoriya astronomii - Kosmonavtika, issledovanie kosmosa - Lyubitel'skaya astronomiya - Planety i Solnechnaya sistema - Solnce

Lazery i ih primenenie

Rezhimy raboty lazerov

Rezhim modulirovannoi dobrotnosti (rezhim generacii gigantskih impul'sov)

Metod sinhronizacii prodol'nyh mod