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. |