Собственные колебания оптического резонатора, страница 3

          1. Метод прореживания спектра частот собственных колебаний ОР. Метод основан на увеличении межмодового интервала Δν_q = c/2nL зa счет уменьшения длины оптического резонатора лазера от начальной  L   до значения L^' < L  (рис. 5.3).  В итоге  сокращается  число  продольных мод лазера N = Δν_ген /Δν_q =  Δν_ген nL/с. 

Рис. 5.3. Сокращение числа продольных мод в коротком резонаторе

          Уменьшая L, можно повысить Δν_q до величины, сравнимой с шириной зоны  генерации, и достаточно просто реализовать одночастотный режим. Но одновременно с уменьшением L снижается коэффициент усиления за один проход  G₁ = exp (χ_ус – χ_п)L и, как негативное следствие, падает генерируемая лазером мощность. Естественно, что применение метода прореживания спектра планируется еще на этапе разработки лазера.

          2. Методы уменьшения зоны генерации. Сокращать ∆ν_ген можно за счет понижения температуры активной среды и уменьшения превышения усиления над потерями.

2.1. Температурное сжатие зоны генерации. Метод основан на температурной зависимости  ширины контура усиления АС ∆ν_АС = f(T). При понижении температуры сокращается ∆ν_АС, стремясь к естественной ширине линии ∆ν_е (рис. 5.4, а), и, соответственно, уменьшается  ширина зоны генерации при фиксированном уровне потерь (рис. 5.4, б).

а                                                          б

Рис. 5.4. Температурное сжатие: а – контура усиления;  б – зоны генерации

          При пониженной температуре Т₁ < Т₂  усиление для продольных мод с индексами (q – 1) и  (q + 1) окажется меньше уровня потерь и они будут подавлены. Температурный метод селекции внешне прост, но дает эффект лишь при охлаждении АС до криогенных значений Т₁, что крайне затрудняет техническую реализацию.

2.2. Сжатие зоны генерации при снижении усиления. Уменьшая усиление  АС за счет снижения мощности накачки  до значения Р_нак2 < Р_нак1 при неизменном уровне потерь УП1, можно сократить зону генерации   и подавить нежелательные моды. В случае, изображенном на рис. 5.5, усиление превышает потери только на частоте ν_q,  и в спектре лазера будет присутствовать одна продольная мода.

Рис. 5.5. Сжатие зоны генерации при снижении превышения усиления над потерями

При использовании данного метода селекции приходится мириться  со значительным уменьшением выходной мощности излучения лазера.

2.3. Сжатие зоны генерации при увеличении уровня потерь. Повышение уровня потерь от значения УП1 до УП2  (рис. 5.5) при неизменной мощности накачки  Р_нак1 сопровождается значительным сокращением ширины зоны генерации. В результате подавления слабых мод, для которых коэффициент превышения меньше единицы, лазер перейдет в одночастотный режим генерации на частоте ν_q. Принудительный рост потерь сокращает число мод, для которых выполняется условие генерации, и тем самым увеличивает степень монохроматичности  излучения. Но, как и в предыдущем случае, вследствие уменьшения превышения падает и уровень мощности лазерного излучения. Возрастание потерь при фиксированном уровне потребляемой мощности дополнительно приведет к уменьшению  КПД лазера. Рассматриваемый метод является экономически невыгодным, но используется на практике в силу простоты реализации, например, путем разъюстировки зеркал оптического резонатора.