
- •Isbn 5-03-001053-х (русск.) isbn 0-306-42967-5 (англ.)
- •1.1. Спонтанное и вынужденное излучение; поглощение
- •1.1.1. Спонтанное излучение (рис. L.Lf а)
- •1.1.2. Вынужденное излучение (рис. 1л?б)
- •1.2. Принцип работы лазера
- •1.3. Схемы накачки.
- •БН&лиогека вшшгездячшсогв институт з
- •1.4. Свойства лазерных пучков
- •1.4.1. Монохроматичность
- •1.4.2. Когерентность
- •1.4.3. Направленность
- •Электромагнитная Волна
- •1*4.4. Яркость
- •1.4.5. Импульсы малой длительности
- •1.5. Структура книги
- •2.1. Введение
- •2.2. Теория излучения черного тела [1]
- •2.3. Поглощение и вынужденное излучение
- •2,3.1. Вероятности поглощения и вынужденного излучения
- •2.3.3. Механизм уширения линии
- •2.3.3.1. Однородное ушарение
- •2.3.3.2. Неоднородное уширение
- •2.3,3.3. Выводы и примеры
- •2.3.4. Сечение перехода, коэффициенты поглощения и усиления
- •2.4, Спонтанное излучение
- •2.4 Л. Полуклассический подход
- •2.4.2. Квантовоэлектродинамический подход
- •2.4.3. Термодинамический подход Эйнштейна
- •2.4.4. Связь между спонтанным временем жизни
- •Ол *споит
- •2.4.5, Заключительные замечания
- •2.5. Безызлучательная релаксация [11]
- •2.6. Насыщение
- •2.6.1. Насыщение поглощения; однородно уширенная линия
- •2.6.3. Неоднородно уширенная линия
- •2.7. Релаксация многоатомной системы
- •2.7.1. Захват излучения
- •2.7.2. Сверхизлучение и суперлюминесценция
- •2,8. Вырожденные уровни
- •2.9. Молекулярные системы
- •2,9,1. Энергетические уровни молекул
- •2.9.2. Заселенность уровней при тепловом равновесии
- •2.9.3. Излучательные и безызлучательные переходы
- •2.9.4. Квантовомеханический расчет вероятностей
- •Литература
- •3.1. Введение
- •3.2. Оптическая накачка [1, 2]
- •3.2.1. Кпд накачки
- •3,2.2. Излучательная эффективность и эффективность передачи1)
- •3,2.5. Заключительные замечания
- •3.3. Электрическая накачка
- •3.3.1. Физические свойства газовых разрядов [10—12]
- •3.3.2. Возбуждение электронным ударом
- •3.3.2.1. Сечение электронного удара [13]
- •3.3.2.2. Распределение энергии электронов
- •3.3.2.4. Уравнение ионизационного равновесия
- •3.3.2.5. Вычисление скорости накачки
- •3.3.3. Возбуждение посредством (около)резонансной
- •3J1. Покажите, что упругие столкновения встречаются значительно более
- •3.12. Теория амбиполярной диффузии дает следующее соотношение между электронной температурой т„ и произведением pD:
- •Литература
- •4.1. Введение
- •4.2. Некоторые разделы геометрической и волновой оптики
- •4.2.1. Матричная формулировка геометрической оптики [1]
- •4.2.2. Интерферометр Фабри—Перо [2]
- •4.2.3. Многослойные диэлектрические покрытия [3, 4]
- •Падают пучок
- •Отраженный
- •4.3. Время жизни фотона и добротность резонатора
- •4.4. Плоскопараллельный резонатор
- •4.4.1. Приближенная теория
- •4.4.2. Теория Фокса и Ли
- •4,5, Конфокальный резонатор [8]
- •4.6. Распространение гауссова пучка
- •Волны (б).
- •4.7. Обобщенный сферический резонатор [8]
- •4.7.1. Амплитуды мод
- •4.7.2. Резонансные частоты и дифракционные потери
- •4.7.3. Условие устойчивости
- •1 Положительная
- •(Кпршщтщшт ветвь
- •Отрицательная йетвь
- •4.8. Неустойчивые резонаторы [14, 15]
- •4.8.1. Геометрическое описание
- •4.8.2. Описание с помощью волновой оптики
- •4.8.3. Достоинства и недостатки неустойчивых резонаторов
- •4.8.4. Неустойчивые резонаторы с переменным коэффициентом отражения
- •Литература
- •5Л. Введение
- •5.2. Скоростные уравнения [2, 3]
- •5.2.1. Четырехуровневый лазер
- •5.2.2. Трехуровневый лазер
- •5.3. Непрерывный режим работы лазера
- •5.3.1. Четырехуровневый лазер
- •5.3.2. Трехуровневый лазер
- •5.3.3. Оптимальная связь на выходе лазера [7]
- •5.3.4. Перестройка частоты генерации лазера
- •5*3.5. Одномодовая и многомодовая генерация
- •5.3S.L Причины возникновения многоходовой генерации
- •5.3.5.2. Одномодовый режим генерации
- •5*3.6. Два числовых примера
- •5.3.8. Провал Лэмба и активная стабилизация
- •5.4, Нестационарный режим работы лазера
- •5.4Л, Релаксационные колебания в одномодовых лазерах
- •5.4.2, Пичковый режим многомодовых лазеров
- •5.4,3. Модуляция добротности [21]
- •5.4.3.1. Методы модуляции добротности
- •Дисррскшрозиитт пучок
- •5.4.3.2. Режимы генерации
- •5.4.3.4. Числовой пример
- •5.4.4. Модуляция усиления
- •5.4.5. Синхронизация мод [26, 27]
- •5.4Mj. Методы синхронизации мод
- •Машцштшйсн поглотитель
- •5.4.5.2. Лазерные системы с сихронизацией мод
- •5.4.6. Разгрузка резонатора
- •Выходной пучок
- •Ахтпшная среда
- •Дифрагированные пучки
- •5.5. Заключительные замечания
- •Литература
- •5. Непрерывный и нестационарный режимы работы лазеров
- •6.2. Твердотельные лазеры
- •6.2.1. Рубиновый лазер [1]
- •6.2.2. Неодимовые лазеры [4—6]
- •6.2.2.1. Nd : yag-лазер
- •6.2X2. Стекло с неодимом [7]
- •6.2.3. Лазер на александрите [8]
- •6.3.1. Лазеры на нейтральных атомах
- •6.Зал. Гелий-неоновые лазеры
- •6.3.1.2. Лазеры на парах меди и золота [12]
- •6.3,2. Ионные лазеры
- •6,3.2.1. Аргоновый лазер [13, 14]
- •Метастабитные уровни
- •6.3.3. Молекулярные газовые лазеры
- •6,3.3.3. Азотный лазер [21]
- •6.3.3.4. Эксимерные лазеры [22]
- •6.4. Жидкостные лазеры (лазеры на красителях) [23]
- •6.4.1. Фотофизические свойства органических красителей
- •Синметные Тршетные состояния состояния
- •6,4.2, Параметры лазеров на красителях
- •Модулированной добротностью.
- •Зеркало накачки
- •6.5. Химические лазеры [26f 27]
- •6.5.1. Лазер на hf
- •6.6. Полупроводниковые лазеры [28]
- •6.6.1.3. Излучательные и безызлучательные переходы
- •6.61.4. Квазиуровни Ферми
- •6.6.2.1. Лазер на гомопереходе
- •6.6.2.2. Лазер на двойном гетеропереходе
- •6*6.4. Применения полупроводниковых лазеров
- •6.6.5. Упрощенная теория полупроводникового лазера
- •6.7. Лазеры на центрах окраски [37]
- •3EpKpj7i? с „высокой
- •I V/ ospxcuw Сатрираше rtrtacmuxxti
- •6,8. Лазер на свободных электронах [3.8]
- •6.9. Рентгеновские лазеры
- •6.10. Сводка параметров
- •Назовите хотя бы четыре лазера, длины волн которых попадают в ик-область спектра.
- •Вычислите ширину лэмбовского провала для с02-лазера с продольной прокачкой и сравните ее с доплеровской шириной.
- •Литература
- •7.1. Введение
- •7.2. Монохроматичность
- •7.3. Комплексное представление полей
- •7,4. Статистические свойства лазерного излучения и излучения тепловых источников
- •7.5. Когерентность первого порядка [3]
- •7.5.1. Степень пространственной и временной когерентности
- •7.5.2. Измерение пространственной и временной когерентностей
- •Сзетазал волна
- •7.5.3. Соотношение между временной когерентностью и монохроматичностью
- •7.5.5. Пространственная и временная когерентность одномодовых и многомодовых лазеров
- •7.6. Направленность
- •7.6.1. Пучки с полной пространственной когерентностью
- •(Лампы).
- •7.7. Лазерная спекл-картина [6, 7]
- •7.8. Яркость
- •7.9. Сравнение лазерного и теплового излучений
- •Литература
- •Преобразование лазерного пучка: распространение, усиление, преобразование частоты, сжатие импульса
- •8.1. Введение
- •8.2. Преобразование в пространстве; распространение гауссова Пучка
- •8.3. Преобразование амплитуды: лазерное усиление [6—8]
- •8.4. Преобразование частоты; генерация второй гармоники и параметрическая генерация [9-11]
- •8.4.1. Физическая картина
- •Химическая формула
- •8.4,1.2, Параметрическая генерация
- •8*4,2. Аналитическое рассмотрение
- •8.4.2.1. Параметрическая генерация
- •2Ш ф exp[/(aJte)l (8.90а)
- •8.5. Временное преобразование; сжатие импульса
- •6;Ic Дифракаматая решетка Сжатый импульс " о, г т д ифрякцаонноя решетки Одн&уюдззсе оптическое волокно
- •6 Пс примерно в 10 раз.
- •Литература
- •Полуклассическая теория взаимодействия излучения с веществом
- •Пространственно-зависимые скоростные уравнения
- •Теория активной синхронизации мод для однородно уширенной линии
- •Литература
- •Глава 1
- •Глава 2
- •Глава 3
- •Глава 4
- •Глава 5
- •Периодическая последова-
- •При замене суммы интегралом получается не тельность импульсов, а одиночный импульс.
- •Глава 6
- •Глава 7
- •Только в 2 раза. .
- •Глава 8
- •Введение
- •5.3. Непрерывный режим работы лазера 245 .
- •6. F Полупроводниковые лазеры г28м
Литература
1 Kogelnik Н. — In: Applied Optics and Optical Engineering (eds, R, Shannon, J, C. Wynant), Academic Press, New York, 1979, vol. VII, pp. 156— 190.
Born M„ Wolf Principles of Optics, 6th edn., Pergamon Press, Oxford, 1980, Sec. 7,6. [Имеется перевод 2-го издания: Борн /И., Вольф Э. Основы оптики.—М.: Наука, 1970.]
Ritter Е, ~- In: Laser Handbook (eds. F. Т. Arecchi, E. O. Schulz-Dubois), North-Holland Publishing Co., Amsterdam, 1972, v. 1, pp. 897—921.
Baumeister P. - In: Applied Optics and Optical Engineering (ed. R. Kings-lake), Academic Press, New York, 1965, v. I, pp. 285—323.
SchawlowA. L., TownesC. Я., Phys. Rev., 112, 1940 (1958).
Fox A G., Li Г., Bell System Tech. J., 40, 453 (1961).
Born Af., Wolf E.t Principles of Optics, 6th end., Pergamon Press, London, 1980, pp. 370-382. [Имеется перевод 2-го изданий: Борн М.9 Вольф Э. Основы оптики. — М.: Наука, 1970.1
Kogelnik //., Li Г.,Арр1. Opt, 5, 1550 (1966).
Boyd О. D., Gordon /. P., Bell System Tech. J., 40, 489 (1961).
Slepian D., Pollack 11, 0., Bell System Tech. J., 40, 43 (1961).
Siegman A. Lasers, Oxford University Press, Oxford, 1986, Sec. 20.2.
Li Г., Bell System Tech. J., 44, 917 (1965).
Born m., Wolf Principles of Optics, 4th edn., Pergamon Press, London, 1970, sec. 1.6.5. [Имеется перевод 2-го издания: Борн M.t Вольф Э. Основы оптики. — М.: Наука, 1970,]
Siegman А. Lasers, Oxford University Press, Oxford, 1986, chap, 22.
Steier W. Я, — In: Laser Handbook (ed. M. L. Stitch), North-Holland Publishing Co., Amsterdam, 1979, v. 3, pp. 3—39.
Siegman A. Proc. IEEE, 53, 277—287 (1965).
Rensch D. В., Chester A. N.,Appl Opt., 12, 997 (1973).
Siegman A. £., Laser Focus, 7, 42 (May 1971).
Siegman A. £., Lasers, Oxford University Press, Oxford, 1986, sec. 23.3.
5
Непрерывный и нестационарный режимы работы лазеров^
5Л. Введение
В предыдущих главах мы рассмотрели некоторые свойства отдельных элементов, которые составляют лазер. К ним относятся лазерная среда (взаимодействие которой с электромагнитным излучением мы рассматривали в гл. 2), система накачки (гл. 3) и пассивный оптический резонатор (гл. 4). В данной главе мы воспользуемся результатами, полученными в предыдущих главах, для построения теоретических основ, необходимых для описания как непрерывного, так и нестационарного режимов работы лазера. Развитая здесь теория основывается на так называемом приближении скоростных уравнений. В рамках этого приближения соответствующие уравнения выводятся из условия баланса между скоростями изменения полного числа частиц и полного числа фотонов лазерного излучения. Достоинство данной теории состоит в том, что она дает простое и наглядное описание работы лазера. Кроме того, она позволяет получить достаточно точные результаты для большого числа практических приложений. При более строгом рассмотрении следует применять либо полуклассическое приближение (в этом приближении среда рассматривается квантовомеханически, а электромагнитное поле считается классическим, т. е. описывается уравнениями Максвелла), либо полностью квантовый подход (когда среда и поля являются квантованными). Читатель, желающий познакомиться с этими более точными теоретическими рассмотрениями, может обратиться к работе [1j.