кванотовая электроника / лекции презентации / режими генерации2011 л6
.pdf
РЕЖИМИ ГЕНЕРУВАННЯ ЛАЗЕРНОГО
ВИПРОМІНЮВАННЯ Класифікація режимів роботи лазерів
|
Розрізняють наступні режими випромінювання або роботи |
лазерів та мазерів: |
|
- |
одномодовий і одночастотний; |
- |
багатомодовий; |
- |
багаточастотний; |
- |
безперервний (стаціонарний,або квазістаціонарний); |
- |
не стаціонарний. |
РЕЖИМИ ГЕНЕРУВАННЯ ЛАЗЕРНОГО
ВИПРОМІНЮВАННЯ Класифікація режимів роботи лазерів
Одночастотним називають такий режим роботи лазера або мазера при якому вихідне випромінювання має тільки одну спектральну лінію, яка, як правило, відповідає основній моді резонатора.
В одночастотному режимі можуть генерувати твердотільні та газові лазери.
РЕЖИМИ ГЕНЕРУВАННЯ ЛАЗЕРНОГО
ВИПРОМІНЮВАННЯ Класифікація режимів роботи лазерів
Враховуючи можливість виродження мод, необхідно вказати на
можливість одночасної генерації декількох мод, що мають одну і ту ж
частоту.
Тому також розглядають одномодовий та багатомодовий режими.
Просторове випалювання дірок в активному середовищі лазера.
РЕЖИМИ ГЕНЕРУВАННЯ ЛАЗЕРНОГО
ВИПРОМІНЮВАННЯ Класифікація режимів роботи лазерів
Багатомодовий режим відрізняється одночасною генерацією
декількох поперечних мод. Цей режим характеризується набором багатьох частот та безперервним розподілом поля на дзеркалах. Багатомодовий режим є найбільш розповсюдженим режимом роботи лазерів та мазерів бо в цьому випадку досягається найбільша потужність випромінювання за рахунок більш ефективного використання об'єму активного елементу.
При багатомодовій генерації можливе виникнення ефектів взаємодії мод між собою, так що в цьому випадку їх не можна розглядати як повністю незалежні.
РЕЖИМИ ГЕНЕРУВАННЯ ЛАЗЕРНОГО
ВИПРОМІНЮВАННЯ Класифікація режимів роботи лазерів
Як правило, багатомодовий режим виникає при наявності неоднорідно уширеного контуру посилення активного елементу кількість мод резонатора, що входять до нього може складати декількох тисяч.
В першому наближенні насичення показник посилення або поглинання для неоднорідно уширеної лінії може бути апроксимований згідно як
є ненасиченим показником посилення, або показником посилення слабкого сигналу.
РЕЖИМИ ГЕНЕРУВАННЯ ЛАЗЕРНОГО
ВИПРОМІНЮВАННЯ Класифікація режимів роботи лазерів
Основним критерієм для часової класифікації режимів характеристики вихідного випромінювання лазерів та мазерів є
співвідношення тривалості стаціонарної генерації stac, коли потужність є незмінною, та тривалістю розвинення і згасання генерації. В першому
наближені час розвитку та згасання генерації можна представити сталою часу резонатора 
rez, що характеризує перехідні процеси в резонаторі і є часом за який щільність енергії зменшується в 1/ e разів:
сумарні втрати резонатора за один прохід.
РЕЖИМИ ГЕНЕРУВАННЯ ЛАЗЕРНОГО
ВИПРОМІНЮВАННЯ Класифікація режимів роботи лазерів
При виконанні умови |
режим роботи лазера можна |
вважати стаціонарним.
Теоретично він може бути досліджений коли в кінетичних рівняннях системи енергетичних рівнів похідні по часу від населеності рівнів прирівняти
до 0.
Повністю стаціонарна генерація є ідеалізацією і в деяких джерелах використовується поняття квазістаціонарного режиму.
РЕЖИМИ ГЕНЕРУВАННЯ ЛАЗЕРНОГО
ВИПРОМІНЮВАННЯ Класифікація режимів роботи лазерів
Таким чином, в безперервному режимі енергія випромінювання не змінюється на протязі часу 
Це досягається при одночасному виконанні наступних вимог:
- |
робота лазера в режимі одномодової генерації; |
- |
відсутність чинників збудження та флуктуацій; |
- |
постійність в часі інтенсивності накачки зовнішнього поля; |
- |
незмінність параметрів лазера у часі; |
- |
роботи лазера в режимі вільної генерації. |
РЕЖИМИ ГЕНЕРУВАННЯ ЛАЗЕРНОГО
ВИПРОМІНЮВАННЯ Класифікація режимів роботи лазерів
Безперервна генерація створюється завдяки одночасному протіканню складних динамічних процесів пов'язаних із заселеністю верхніх лазерних рівнів під дією накачки, та їх релаксації. В багатьох джерелах її розглядають як переважно теоретичний випадок, який відповідає умові незмінності похідних по часу від населеності енергетичних рівнів кінетичних рівнянь
які розглядалися в розділі створення інверсійної населеності в активних середовищах.
РЕЖИМИ ГЕНЕРУВАННЯ ЛАЗЕРНОГО
ВИПРОМІНЮВАННЯ Класифікація режимів роботи лазерів
На практиці режими роботи лазерів не є стаціонарними, що приводить
до флуктуацій енергетичних та просторових характеристик випромінювання.
Причин зриву стаціонарної генерації багато і їх умовно можна класифікувати на
технічні та фізичні.
Найбільш поширеними різновидами нестаціонарного режиму є:
- режим вільної генерації;
- режим модульованої добротності (режим гігантських імпульсів);
- |
режим синхронізації мод; |
- режим розвантаження резонатора.