5. Методы селекции частот и мод в лазерных резонаторах.

В электронике, как правило, используются одночастотные генераторы. Лазеры же – многочастотные.

При этом существует несколько лазерных переходов, например λ53, λ54, λ52. Допустим, нужно чтобы лазер давал монохроматическое излучение на λ53, тогда нужно исключить λ54, λ52..

1. Селекция лазерного перехода (длины волны).

2. Селекция поперечных мод.

3. Селекция частоты (продольной моды).

4. Стабилизация частоты.

1. Селекция переходов (выделение требуемой длины волны)

Инверсия населенностей может создаваться для нескольких переходов, поэтому нужно исключать ненужные длины волн.

Необходимо увеличить потери для исключение λ₃₄, λ₅₆:

1. С помощью увеличения дифракционных потерь (малоэффективный способ)

2. С помощью селекции зеркал- использование многослойных диэлектрических зеркал (играет роль коэффициент отражения зеркал)

3. Использование фильтров, селектирующего λ_тр (интерференционные фильтры, газовые ячейки и т.д.)

4. Использование дисперсионных резонаторов (призма, дифракционная решетка)

1. Селективное зеркало.

Толщина слоя λ/4, оптическая толщина слоев [ni*di]= λ/4 Толстая подложка используется в качестве плавного фильтра (отсекает дополнительные длины волн), слои же чередуются: с низким показателем преломления, с высоким показателем преломления.

Высокий показатель преломления, например, ZnS n=2,3

Низкий показатель преломления, например, AlF₃ n=1,3

Зависимость коэффициента отражения от длины волны:

Для зеркала зависимость получается типа sinx/x

R_отр зависит от количества слоев:

Где Nсл – число слоев.

2. Фильтры.

1) Многослойные интерференционные (слои должны быть λ/2)

2) Использование функции пропускания материала от длины волны.

3) Газовые ячейки (поглощение газа для разных длин волн разное) - режекторные фильтры (поглощающие ненужные длины волн)

Если происходит конкуренция переходов, λ =3.39 мкм может подавить λ =0.69 мкм. Поэтому используют газовую ячейку, поглощающую λ =3.39 мкм на основе метана.

Наряду с этими методами используют так же специальные приемы, например, помещают капилляр в магнитное поле. При этом смещаются (расщепляются) энергетические уровни –эффект Зеемана. Этот эффект разный для разных длин волн.

Для λ =0.69 мкм

Для λ =3.39 мкм

3. Дисперсионные элементы в резонаторе как элементы селекции длин волн.

В лазерном резонаторе может произойти разъюстировка.

Если использовать призму с углом преломления β(λ), то для длин волн λ₁ и λ₂ происходит как бы разъюстировка, что позволяет провести селекцию длины волны.

-угол разъюстировки. =D_рез –угловая дисперсия

Можно использовать любое число призм, при этом Dрез=D1* D2* D3