17.Енерговиділення в каналах трирівневої схеми лазера при стаціонарній генерації.

П ри генерації, тобто при , де , в трирівневій схемі лазера, зображеній на рис. , відбувається енерговиділення на переходах , крім того виділяється енергія на генерацію. Перехід відповідає виділенню енергії на люмінесценцію. Енергія в одиниці об’єму, що поглинається в такій схемі, залежить від потужності накачки:

Де - населеність першого рівня при стаціонарній генерації, яка знаходиться з умови, що коефіцієнт підсилення дорівнює коефіцієнту втрат (так звана амплітудна умова генерації), тут , - коефіцієнт втрат, - максимальне значення ненасиченого коефіцієнта підсилення, і - ступені виродження основного та другого рівнів.

Енергії в одиниці об’ємі, що відповідають переходам зі збуджених станів в основний (перший) запишемо за такими формулами:

В цих формулах , (оскільки в оптичному діапазоні імовірність спонтанних процесів є більшою ніж вимушених, про це свідчить коефіцієнта ейнштейна для спонтанних процесів, який пропорційний частоті випромінювання в кубі) – це також населеності другого та третього рівнів для оптичного діапазону при генерації, при генерації населеності встановлюються на якомусь рівні і різниця їх постійна. Підставляючи вирази для цих залежностей в формули всіх енергій, що виділяються в такій системі, можна якісно зобразити їх залежність від потужності накачки

Коли потужність накачки стає більшою за порогове значення починається генерація і залежність енергії, що виділяється від потужності накачки має інший характер, аніж за відсутності генерації, як це видно з рисунку, оскільки при генерації існує постійна різниці заселеностей між рівнями 2 і 1.

Енергія, що поглинається системою, а також енерговиділення на переходах між рівнями лінійно залежать від потужності накачки. А енергія, що виділяється на люмінесценцію має постійне значення одразу після того, як потужність накачки досягне порогового значення. Крім того саме з цього моменту починає зростати енергія генерації, якої раніше не було.

Вираз для енергії генерації має неявний вигляд:

тут - швидкість світла в активній речовині, – коефіцієнт не лінійності для переходу 21, який вказує на нелінійний зв’язок коефіцієнта підсилення з полем , – ненасичений коефіцієнт підсилення.

,

Підставивши все це у вираз для енергії генерації отримаємо:

Де

18. Система рівнянь для нестаціонарної генерації лазера.

С истема фактично є дворівневою бо переходи тільки під дією імпульсу

нас цікавить величина Складемо рівняння для S: - це закон Брера, тоді Зробимо операцію усереднення: отримаємо: Тоді можно виразити робимо припушення , що: Отже, перепишемо: kr - втрати на випромінення. При маємо рівняння:

19.Способи швидкого перемикання добротності резонатора лазера і

залежність від часу потужності генерації і різниці населеностей при

миттєвому перемиканні добротності (якісно).

Механічна реалізація затвору:

1. О бертаючаяся 90 градусна призма:

Обертаючись призма більшу частину часу утворює великий поріг для генерації (добротність мала) лише на час τ =10^-6 призма стає так що промені які потрапили на неї повертаються назад до активного середовища (добротність різко зростає). Частота обертання ω = 30 000 об/с

2. Система з обтюратором:

Недолік: утворюється дуже висока потужність в фокусі лінз. Через це обгорають краї отвору і характеристики пристрою погіршуються. Час перемикання

τ = 10^-6

3) Система на п’єзоефекті

З мінна напруга змушує кристал коливатись. Розміри затвору постійно змінюються, а отже змінюється властивості призми, як затвора.

3) Магнітооптичний ефект, електрооптичний, Брегівське відбиття від надзвукової хвилі.

Е фект Фарадея: різні показники заломлення для правої та лівої поляризації. Оскільки тоді кут повороту площини поляризації θ = Δφ/2.

Е фект Коттона-Мутона: прикладаємо магнітне поле до речовини: аналогічно

(без магнітного поля ).

Фізичні основи: під дією магнітного поля енергетичні рівні атома розщеплюються на два по магнітному моменту на σ+ і σ-

Д

ω

ля оптики , то на далеких відстанях буде

( насправді ) тобто ефект буде досить малий. Для його збільшення збільшують поле H: , B – стала Верде, L(маленьке) - довжина. При поперечному полі окрім 2σ компонент ще й π-компонента. Якщо такий матеріал вставити в лазер то виникнуть так звані поляризаційні втрати.

Спосіб дії: при відсутності магнітного поля – лінійна генерація, інакше поляризація обертається і частково або повністю гаситься в поляризаторі – відбувається зміна добротності.

Е лектрооптичний ефект: Одноосний додатний кристал ( на мал.. його еліпсоїд показника заломлення с круглим перерізом). Для будь якого вектора k береться переріз еліпсоїда перпендикулярною площиною. Вісі утвореного еліпсу визначають показники заломлення. Ефект Поккельса: якщо вздовж вісі z направити електричне поле, то еліпс буде деформуватися. Ефект Керра: в ізотропних речовинах при прикладенні поля показник заломлення змінюється:

Час перемикання у подібних систем 10^-13

Бреївське відбиття

Ультразвукова хвиля утворює в речовині згущення і розрідження. Це призводить до періодичної зміни показника заломлення. Утворюється гратка від якої відбивається світло. При цьому частота світла збільшиться на частоту ультразвука. Підбираючи параметри ультразвуку можно отримати необхідний перерозподіл енергії між двома гілками 0 і ±1 (це для біжучої хвилі тобто на кінці ультразвукового хвилеводу стоїть поглинач). Для стоячої хвилі(на кінці – відбивач): Інтенсивність напрямку +1 буде модульована частотою 2f ( внаслідок додавання двох хвиль з близькими частотами утворюються биття). Аналогічно і нульовий доданок. Якщо помістити таку систему в резонатор утворится коливання прозорості в часі – тобто коливання добротності