- •Содержание
- •VI. Лазерные стандарты длины и частоты
- •Yi. Автомодуляция излучения в резонаторе лазера на твердом теле
- •Yii. Лазеры ультракоротких импульсов
- •Yiii. Свойства ультракоротких импульсов
- •IX. Измерение параметров ультракоротких лазерных импульсов
- •X. Полупроводниковые лазеры
- •Краткая история создания лазеров Цезиевый атомно-лучевой квантовый стандарт частоты
- •Принцип работы лазера
- •Лазер, как автоколебательная система
- •I. Взаимодействие света с веществом
- •1.1. Спектр излучения
- •1.2. Тепловое излучение
- •1.3. Коэффициент поглощения
- •1.5. Люминесценция
- •1.7. Сверхизлучение
- •1.8. Энергетические характеристики электромагнитного поля
- •Объемная плотность энергии в пучке
- •1.9. Оценки частоты Раби и мощности излучения, необходимой для проявления когерентрных эффектов взаимодействия поля с веществом
- •2.1. Газоразрядные лампы для оптической накачки лазеров
- •2.2. Многослойные диэлектрические зеркала
- •2.3. Лазеры на активированных кристаллах
- •2.4. Система оптической накачки лазеров на твердой активной среде
- •2.5. Неодимовый лазер
- •III. Лазерные резонаторы
- •3.1. Лазерные пучки
- •3. 3. Гауссовы пучки света
- •3.4. Фокусировка гауссова пучка линзой
- •3.5. Идеальный открытый оптический резонатор
- •Iy. Лазерная генерация
- •4.1. Вероятности переходов
- •4.2. Схемы накачки активной среды лазеров
- •4.4. Энергетическое условие стационарной генерации
- •4.5. Расчет коэффициента усиления активной среды для твердотельных лазеров с импульсной оптической накачкой
- •4.6. Пороговая энергия накачки лазера с импульсной накачкой
- •4.7. Определение коэффициента усиления и скорости накачки по
- •4.8. Фазовое условие генерации
- •4.9. Селекция мод лазерного резонатора
- •4.10. Принцип конкуренции мод
- •4.11. Принцип максимальной ширины спектра излучения лазера
- •4.12. Перестройка частоты излучения одночастотного лазера путем микроперемещения лазерного зеркала
- •4.13. Лазеры со стабилизацией частоты излучения
- •4.14. Оптическое гетеродинирование
- •4.15. Лазерные стандарты длины и частоты. Измерение частоты и длины волны лазерного излучения
- •4.16. Многочастотный спектр излучения лазера
- •4.17. Мощность стационарной генерации лазера
- •5.2. Моноимпульсная генерация
- •5.3. Пассивная модуляция добротности резонатора
- •5.4. Измерение энергии и мощности лазерных импульсов
- •5.5. Регистрация формы лазерных импульсов электронно-оптической камерой
- •Yi. Автомодуляция излучения в лазерном резонаторе
- •6.2. Измерения мощности лазерного излучения в широком динамическом диапазоне
- •6.3. Динамика лазера с неустойчивым и разъюстированным плоским резонатором
- •6.4. Механизмы автомодуляции потерь лазерного резонатора
- •6.4.1. Самонаведенная линзовость в активной среде лазера
- •6.4.2. Автомодуляция излучения лазера самонаведенной амплитудно-фазовой решеткой
- •6.4.3. Автомодуляция излучения в сложном резонаторе
- •Yii. Лазеры ультракоротких импульсов
- •7.1. Первые исследования сверхкоротких лазерных импульсов
- •7.2. Автокорреляция лазерных импульсов. Интерферометр Майкельсона
- •7.3. Автокорреляционная функция лазерного импульса
- •7.4. Описание излучения на выходе лазера как суперпозиции эквидистантных монохроматических плоских волн
- •7.5. Модулированные оптические волны
- •7.6. Сверхкороткие импульсы, генерируемые двухчастотным лазером с постоянной накачкой
- •Зависимость интенсивности излучения от времени можно записать следующим образом:
- •7.7. Пульсации излучения непрерывного двухчастотного гелий-неонового лазера
- •7.8. Регулярные пульсации излучения гелий неонового лазера, в спектре которого регистрируются 7 дискретных частот
- •7.9. Современные лазеры ультракоротких импульсов
- •Yiii. Свойства ультракоротких импульсов
- •Зависимость спектра импульсного лазерного излучения от времени
- •8.2. Квазимонохроматическое приближение
- •8.3. Импульс гауссовой формы в среде с дисперсией
- •8.4. Фазовая модуляция — уширение и сжатие импульсов с линейным чирпом
- •8.5. Фемтосекундные лазерные системы
- •IX. Измерение параметров ультракоротких лазерных импульсов
- •9.1. О некоторых заблуждениях в области корреляционных измерений длительности ультракоротких лазерных импульсов
- •9.3. Измерение акф для периодической последовательности импульсов
- •9.4. Влияние линейной фазовой модуляции несущей частоты на корреляционные функции излучения
- •X. Полупроводниковые лазеры
- •10.1. Оптические свойства полупроводников
- •10.2. Cвойства p-n переходов
- •10.3. Полупроводниковые лазеры на гетеропереходах
- •11.1. Накачка газовых активных сред
- •11.2.2. Химическая накачка
- •11.2.3. Лазеры с газодинамической накачкой
- •11.3. Лазеры на нейтральных атомах
- •11.3.1. Гелий-неоновый лазер
- •11.4. Молекулярные лазеры
- •11.5. Газовые лазеры на ионах аргона
- •11.4.1. Гелий-кадмиевый лазер
- •11.5. Эксимерные лазеры
- •Основные принципы, соотношения и константы физики лазеров
- •Тестовые задания
- •Раздел 1. Общие вопросы. Конструктивные элементы лазеров
- •Раздел 2. Взаимодействие излучения с веществом
- •Раздел 3. Лазерные резонаторы и световые пучки
- •Раздел 4. Лазерная генерация
- •Раздел 5. Динамика лазеров
6.2. Измерения мощности лазерного излучения в широком динамическом диапазоне
Мощность излучения в максимуме пичков свободной генерации превышает уровень люминесценции активного стержня на 4... 6 порядков. В режиме генерации гигантского импульса пиковая мощность возрастает еще на 3 …4 порядка. С помощью осциллографа или ЭОП а регистрируют только «вершину айсберга» - основная часть длительности импульса остается за пределами измерительных возможностей приборов.
Переход к генерации ультракоротких импульсов приводит к дальнейшему повышению этой мощности еще в сотни и тысячи раз. Возрастание спектральной плотности мощности при возникновении лазерной генерации, теоретически должно в бесконечное число раз превышать эту величину для люминесценции (фактически более чем на 10 порядков). При таком радикальном повышении мощности вряд ли следует ожидать, что будут продолжать действовать общепринятые в классической оптике представления о взаимодействии света с веществом. Здесь в действие должны вступать когерентные эффекты взаимодействия излучения с веществом, связанные с интерференцией квантовых состояний активных частиц среды.
Стандартные методы исследования люминесценции активных элементов и лазерного излучения с помощью электронных методов регистрации обычно не позволяют проследить изменения интенсивности импульса излучения в широком динамическом диапазоне.
Идея методики регистрации во всем диапазоне изменения интенсивности импульса лазерного излучения, предложенная в работе авторов [19], показана на рисунке 9.4.
Рис. 9.4. Схема экспериментальной установки. 1, 4 – зеркала резонатора лазера, 2 – активный стержень, 3 – аподизированная диафрагма, установленная в резонаторе для подавления пространственной структуры в луче лазера, 5 светоделительная пластина, 6 – скоростной фоторегистратор СФР-2.
Стеклянная светоделительная пластина делит луч лазера, прошедший через нее, на последовательность параллельных лучей. Изменением наклона пластины по отношению к лучу лазера можно регулировать степень ослабления интенсивности лучей, прошедших через пластину и испытавших разное число отражений от ее поверхностей. Последовательность затухающих по интенсивности лучей, выходящих из пластины, регистрируется скоростным фоторегистратором. Фотометрирование разверток лучей в области почернений, лежащих на линейном участке характеристической кривой фотопленки, позволяет восстановить зависимость интенсивности излучения лазера от времени в широком динамическом диапазоне. Практически чувствительность фотопленки позволяет зарегистрировать весь процесс генерации от люминесценции до максимумов импульсов.
Рис. 9.5. Пример развертки излучения рубинового лазера, работающего в режиме свободной генерации. Интенсивность излучения в соседних порядках развертки (снизу вверх) ослаблена в 40 раз. Потери резонатора лазера 0,03 см-1. Энергия накачки на 30% выше пороговой.
Рис. 9.6. Передний фронт второго пичка генерации рис. 9.5. Интенсивность излучения нарастает строго по экспоненциальному закону при изменении этой величины на 5 порядков.