Набор равноудаленных друг от друга резонансных частот, следующих через интервалы Δνq, называют эквидистантным спектром. Если в ОР поместить селективную АС c шириной резонансной линии ΔνАС, то усиление излучения сможет происходить лишь на тех дискретных частотах ОР, которые окажутся внутри контура усиления среды (рис. 5.2).
Для выведения лазера на порог генерации необходимо, чтобы усиление на данной резонансной частоте могло скомпенсировать потери. Возникновение генерации на резонансной частоте конкретной моды возможно при существовании превышения усиления над уровнем потерь в оптическом резонаторе. Область частот между точками А и В (рис. 5.2), в пределах которой выполняются условия превышения усиления над потерями, называется зоной генерации Δνген. Для режима работы, соответствующего рис. 5.2, спектр лазера будет включать три частоты генерации с индексами νq – 1, νq и νq + 1 – три продольные моды лазера.
Рис. 5.2. Формирование продольных мод в спектре излучения лазера
В первом приближении число одновременно генерируемых продольных мод N определяется отношением ширины зоны генерации к межмодовому интервалу ОР, равному c/2L:
N = Δνген / Δνq. (5.4)
Режим лазера называется одночастотным, если N = 1, и многочастотным, если N > 1. При прочих равных условиях изменение длины оптического резонатора, например за счет колебаний температуры, в соответствии с (5.2) приводит к смещению сетки резонансных частот ОР относительно контура усиления АС и, как следствие, одновременному смещению (дрейфу) всех генерируемых продольных мод. Согласно (5.1) изменение оптической длины ОР на ±λ/2 приведет к изменению индекса продольной моды на ±1. Тогда произвольно выбранная для наблюдения мода переместится вправо или влево на величину Δνq и займет место одной из соседних мод. Для продольной моды νq такими соседями будут, соответственно, моды νq + 1 или νq – 1. Для наблюдателя новый спектр лазера, сформированный после смещения зеркал на λ/2, будет неотличим от исходного спектра.
Амплитуда каждой отдельной моды определяется степенью превышения усиления над потерями. Смещение продольных мод в пределах контура усиления сопровождается изменениями числа одновременно генерируемых мод и интенсивности каждой из них. Суммарная мощность излучения лазера является результатом сложения изменяющихся во времени мощностей всех генерируемых продольных мод. В целях повышения выходной мощности лазера требуется увеличивать усиление АС, определяемое мощностью накачки, и снижать уровень потерь в ОР. Эти действия приведут к росту числа продольных мод. Многочастотный режим лазера снижает степень временной когерентности (монохроматичности) излучения и часто является нежелательным. Например, во многих случаях работы лазера в метрологических установках необходимо обеспечить максимально возможную монохроматичность излучения, в пределе – одночастотный режим генерации: N = 1.
5.2. Методы селекции продольных мод
Процедура уменьшения числа продольных мод, или выделения единственной моды, называется их селекцией. Существует многообразие эффективных методов селекции, которые в различной степени обеспечивают снижение числа одновременно генерируемых лазером продольных мод. Рассмотрим некоторые из них. В соответствии с (5.4) сокращение числа продольных мод может быть достигнуто двумя способами: либо увеличением межмодового интервала Δνq, либо уменьшением ширины зоны генерации Δνген.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.