34. Що таке порогова енергія (потужністю) накачування?

Умова самозбудження квантового генератора:

Знак рівності визначає порогову умову самозбудження квантового генератора і порогову інверсію населенностей для генерації, тобто мінімальну інверсію населеностей, при якій посилення в генераторі повністю компенсує втрати. Енергія (потужність) накачування, при якому досягається порогова інверсія для генерації, називається пороговою енергією (потужністю) накачування для генерації.

Порогова енергія накачування для генерації мінімальна, якщо добротність Q максимальна.

34. Від чого залежить характер насичення в лазері, показники посилення в лазері.

Коли поле випромінювання в лазері досягає стаціонарного значення, відбувається насичення посилення. Насичення посилення в лазері, як і в генераторах будь-якого іншого типу, здійснюється за рахунок ефектів, нелінійних по інтенсивності випромінювання. Характер дуже сильно залежить від типу розширення спектральної лінії.

При однорідному розширенні форма спектру поглинання для кожної з активних частинок співпадає із загальним контуром спектральної лінії.

При неоднорідному розширенні у взаємодії з монохроматичною хвилею на частоті ω братимуть участь лише ті частинки, власні частоти яких лежать поблизу цієї частоти.

Показник посилення:

- для однорідно розширеної лінії

- для неоднорідно розширеної

У початковий момент інтенсивність І поля випромінювання лазера рівна нулю і посилення характеризується величиною α₀=α₀ (ω), що називається ненасиченим показником посилення або показником посилення слабкого сигналу.

Величина Is називається параметром насичення, є мірою інтенсивності, потрібної для досягнення даного ступеня насичення.

34. Методи модуляції добротності контуру, поділ на пасивний і активний.

1. Одне з двох дзеркал резонатора обертається навколо осі. Втрати в резонаторі будуть дуже високими впродовж всього циклу, за винятком короткого інтервалу часу, відповідного паралельному розташуванню дзеркал. Цей момент часу відповідає включенню добротності.

2. Усередині резонатора є спеціальний елемент - оптичний модулятор, оптичні властивості якого можна змінювати за допомогою зовнішніх дій. Найчастіше для цих цілей використовують електрооптичні модулятори, що працюють на основі електрооптичних ефектів в кристалах.

3. Усередині резонатора є поглинач, що насищається, тобто речовина, показник поглинання якого зменшується (насичується) із зростанням інтенсивності випромінювання. Найчастіше застосовують просвітлюючи фарбники. Ефект просвітлення визначається переходом поглинаючих молекул фарбника в збуджений стан і зв'язаними, цим зменшенням показника поглинання.

Перший і другий методи модуляції добротності є активними, а третій – пасивним. У останньому випадку втрати в резонаторі регулюються автоматично.

34. Властивості лазерного випромінювання. Монохроматичніть.

Властивості лазерного випромінювання принципово відрізняється від властивостей оптичного випромінювання. Основними властивостями лазерного випромінювання є: монохроматичність; корегентність; направленість; потужність і яскравість.

Потужність лазерного випромінювання в безперервному режимі може бути близько 10⁵-10⁶ Вт, в імпульсному - до 10¹²-10¹³ Вт, при цьому вдається досягти інтенсивності близько 10¹²-10¹⁶ Вт/cм². Ці потужності можуть бути сконцентровані в надзвичайно вузьких спектральних і тимчасових інтервалах. Тривалість імпульсу випромінювання в лазерах, що працюють в режимі синхронізації мод, може складати 10^-12-10^-13 с і спеціальними методами доводитися до 10^-15 с (за цей час світло проходить всього 3*10^-5 см), тобто лазери володіють дивно високим ступенем концентрації енергії в часі.

Монохроматичність характеризує ступінь «размазанності» випромінювання по спектру. Ширина спектральної моди, що виділяється резонатором, визначається його добротністю:

t_ф-час життя фотона у резонаторі.

Межа ширини спектральної лінії лазерного випромінювання визначається двома чинниками:

1) шумами, обумовленими тепловим випромінюванням в резонаторі;

2) шумами, пов'язаними із спонтанним випромінюванням активної речовини.

У оптичному діапазоні шуми за рахунок спонтанного випромінювання переважають над тепловими шумами. У разі лазера, що працює в багатомодовому режимі, монохроматичність пов'язана з числом мод, що генеруються, і може складати декілька ГГерц. У імпульсному режимі роботи мінімальна ширина лінії обмежена величиною, зворотній тривалості імпульсу. Високий ступінь монохроматічності лазерного випромінювання визначає високу спектральну щільність енергії - високий ступінь концентрації світлової енергії в дуже малому спектральному інтервалі.

Висока монохроматічность полегшує фокусування лазерного випромінювання, оскільки при цьому хроматична аберація лінзи стає неістотною.