Селекция частоты в лазерах с однородным контуром усиления.

 

1. Твердотельный лазер АИГ на Nd+

В идеальном случае есть пара уровней, на которых работает лазер:  

 

Но реально уровни расширены, поэтому существует разброс  

 

Данные схемы представлены для одного атома. А если атомов много (ансамблю атомов), то больше излучение по амплитуде (интенсивность) Но иногда линии уширяются (например, эффект Зеемана и т.д.) Соседние атомы взаимодействуют между собой.

Реальный контур усиления:   Контур усилен однородно по атомам (в одинаковых условиях)  

2. Газоразрядный лазер (He-Ne)

- контур усиления с доплеровским механизмом (неоднородный)   Но т.к. атомы подвижны- существует эффект Доплера. Появляется частотный сдвиг, в итоге контур уширяется.   В контуре усиления выделяются интервалы, за которые отвечают группы атомов.  

Т.о. однородный контур усиления если атомы не движутся, неоднородный – если атомы движутся.

Основное различие однородного и неоднородного контуров усиления:

Однородный   За частоту в точке отвечают все атомы Неоднородный   За частоту в точке отвечает группа атомов

 

У неоднородного контура генерации появляются провалы на частоте генерации (обеспечение насыщения) Но все частоты остаются. В случае однородного контура- происходит конкуренция частот и в конце концов «выживает» та частота, которая находится ближе к максимуму усиления.

 

Однородный   Неоднородный  

Лазер с однородно уширенным контуром усиления будет работать в одночастотном режиме при условии отсутствия эффектов пространственной неоднородности по всем продольным модам.

Стоячая волна в лазерном резонаторе:

 

Из-за эффектов пространственной неоднородности инверсии населенностей ΔN(z) в генерацию выйдет мода 2 в тех точках, где у 1 были узлы.  

 

Нужна пространственная однородность. Этого можно добиться следующим образом:

1. Перемещать стоячую волну - быстрое перемещение пучностей мод для получения эффекта пространственной однородности.

2. Переход к резонатору бегущей волны (кольцевой резонатор.)

 

Правая и левая волна проходят не влияя друг на друга. Частоты и одинаковы, произойдет интерференция и образуется стоячая волна. Необходимо подавить одну из волн и оставить одну бегущую волну. Для этого используется элемент фарадея и элемент с естественной оптической активностью.