- •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
7.8. Регулярные пульсации излучения гелий неонового лазера, в спектре которого регистрируются 7 дискретных частот
На рисунках, показанных ниже, представлены характеристики гелий-неонового лазера ЛГ-79. Для всех 4 исследованных образцов лазеров этого типа измерения дают идентичные результаты. Длина резонатора лазера равна 75 см, период резонатора – 5 нс. Этот лазер генерирует устойчивую, воспроизводимую последовательность импульсов длительностью 0,65 0,05 нс, измеренную по уровня 0,5 от максимального значения интенсивности. Спектр излучения лазера содержит 7 узких эквидистантных частот под гладкой огибающей с воспроизводимыми значениями амплитуд. Средняя выходная мощность излучения лазера 10 мВт.
Рис. 7.6. Оптическая схема лазера ЛГ-79.
1- стеклянная призма с отражающим зеркалом, работающая как компенсатор дисперсии за счет небольшой разъюстировки относительно оптической оси резонатора. 2 – газоразрядная трубка с брюстеровскими окошками. 3 – выходное зеркало резонатора.
Характерно, что лазеры (например, ЛГ-126) использующие идентичную газоразрядную трубку в резонаторе, образованном зеркалами, в которых не используется призма, излучают хаотические сверхкороткие импульсы.
Измерения временной картины генерации с помощью стробоскопического осциллографа С 1-74, полоса воспроизводимых частот которого составляет 3,5 ГГц, обнаруживают ее высокую устойчивость. Картина, показанная на рис. 7.7 остается неизменной на экране осциллографа на протяжении часов непрерывной регистрации.
Характерно, что эта картина сохраняется и в процессе установления теплового режима лазерного резонатора после его включения. При этом частоты спектра излучения, регистрируемые с помощью интерферометра Фабри-Перо, непрерывно дрейфуют в одну сторону под огибающей спектра, которая сохраняет свое положение, оставаясь неподвижной относительно контура усиления активной среды. Естественно, в процессе дрейфа частот какая-либо синхронизация фаз мод отсутствует. Тем не менее, временной режим генерации лазера, показанный на рис.7.7, от этого не зависит.
Рис.7.7. Осциллограмма излучения гелий-неонового лазера ЛГ-79.
Для измерений использован стробоскопический осциллограф С1-74. Период следования импульсов равен 5 нс. Фотоприемник – лавинный фотодиод ЛФД-2, полоса пропускания которого равна 1,2 ГГц.
Рис. 7.8. Развертка во времени излучения того же лазера. На рисунке – фотография экрана электронно-оптической камеры «Агат СФ» и результат ее фотометрирования.
Рис. 7.9. Спектр излучения лазера, зарегистрированный с помощью интерферометра Фабри-Перо.
Рис. 7.10. Нулевой и первый максимумы огибающей автокорреляционной функции лазера, измеренные с помощью интерферометра Майкельсона (1) и рассчитанная по спектру (2).
Представленные на рис. 7.10 кривые представляют собой зависимость видности интерференционных полос на выходе интерферометра Майкельсона от разности хода интерферирующих лучей. Максимумы видности периодически повторяются, когда задержка одного из лучей в интерферометре равна периоду лазерного резонатора. В промежутках между максимумами значения видности падают до ~ 0,06. Ширина максимума АКФ, измеренная по уровню 0,5 составляет 1,3 нс. Это значение кооррелирует с прямыми временными измерениями.
Кривая 2 на рис. 10.16 рассчитана на основании измерений интенсивностей дискретных частот в спектре излучения лазера в предположении о нулевых значениях фаз этих частот. Расхождение между кривыми 1 и 2 связано с погрешностями в определении интенсивностей частот.