- •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
9.3. Измерение акф для периодической последовательности импульсов
Генерация ультракоротких импульсов осуществляется единственным способом – за счет использования лазера с непрерывной накачкой, работающего в режиме синхронизации мод. В этом режиме лазер генерирует строго периодическую последовательность импульсов. Фемтосекундные импульсы наименьшей длительности с высокой стабильностью формы генерируют лазеры, работающие в непрерывном режиме. Именно в этом режиме удается добиться высокой воспроизводимости импульсов, так как путем подстройки компенсатора дисперсии в рабочем режиме удается точно скомпенсировать дисперсию лазерного резонатора. Это приводит к генерации одиночных импульсов минимальной длительности за время, равное периоду резонатора.
Строгая периодичность следования импульсов приводит к тому, что спектр лазера оказывается состоящим из эквидистантных частот под общей огибающей. Спектральный контур усиления активной среды лазера часто хорошо моделируется гауссовой кривой. Поэтому длительность ультракороткого импульса t оказывается обратно пропорциональной ширине спектрального контура: t = 0,44/Δν.
Для корреляционных измерений излучения квазинепрерывных лазеров нет необходимости выделять отдельный импульс из последовательности. Удобнее как раз проводить измерения в непрерывном режиме, так как
последовательность, генерируемая лазером, состоит из одинаковых ультракоротких импульсов. При этом появилась возможность непосредственной регистрации огибающей корреляционной функции.
Стабильность и воспроизводимость излучения современных фемтосекундных лазеров настолько высока, что стали возможны корреляционные измерения с разрешением интерференционных полос. Такие измерения проводят измеряя интенсивность излучения на выходе интерферометра Майкельсона. Одно из «глухих» зеркал интерферометра закрепляют на столике, с помощью которого возможно реализовать точное перемещение зеркала вдоль оптической оси интерферометра. Микрометрический винт столика, обеспечивающий последовательные микроперемещения зеркала, вращают с помощью шагового электродвигателя. Для осуществления измерений с разрешением интерференционных полос установка должна размещаться на оптической скамье, которая изолирует систему от случайных механических вибраций пола лаборатории. Каждая измеряемая точка на графике зависимости корреляционного сигнала от разности хода между интерферирующими лучами получается в результате усреднения сигнала от миллионов импульсов, излучаемых лазером.
Максимумы корреляционной функции, в отличие от лазерных импульсов, оказываются не идентичными друг другу. Корреляционный максимум в области нулевой разности хода содержит также интерференционный сигнал связанный с усиленной люминесценцией активной среды лазера. В некоторых типах полупроводниковых лазеров добавление этого сигнала может быть весьма существенным. Оно приведет к уменьшению ширины нулевого корреляционного максимума.
Для лазеров, работающих в режиме нерегулярных высокочастотных пульсаций, с увеличением разности хода лучей в интерферометре корреляционные максимумы постепенно уширяются, а их амплитуда уменьшается. Эти особенности корреляционной функции связаны с влиянием дисперсии активной среды лазера.