Спектральная характеристика излучения газового лазера
Исходя из классической модели излучения атома (иона) как затухающих во времени электромагнитных колебаний, можно определить длительность 
излучения, которая связана простым соотношением с шириной спектральной линии излучения. Если излучающий атом находится в состоянии покоя и не взаимодействует с другими атомами, ширина линии считается естественной. В действительности атомы не являются изолированными; тепловое движение и обусловленные им соударения приводят к значительному уширению линии. В газе при низком давлении важнейшую роль играет доплеровское уширение, возникающее вследствие движения источника (атома, иона). Для иллюстрации этого уширения на Рис.3а представлен контур фактической линии излучения ансамбля атомов. Показаны также положения последовательных продольных мод резонатора Фабри – Перо. В случае неоднородно уширенной линии в резонаторе Фабри – Перо могут одновременно возбуждаться группы линий, отстоящие друг от друга по частоте на 
Для заданной группы линий коэффициент 
(число полуволн, укладывающихся вдоль отрезка длиной L) постоянен. Одному значению могут соответствовать различные поперечные моды, отличаю-
Рис. 3. а – Доплеровски-уширенный контур усиления, эмиссионная линия естественной ширины и собственные моды резонатора; б –потенциально возможные линии лазерной генерации; в – возможные конфигурации, обусловленные различиями в потерях для разных мод .
|
|
|
щиеся своими частотами и распределениями поля по поперечному течению. Если спектральная линия атома однородно уширена, наступает равномерное насыщение усиления для всех линий, поэтому генерация на одной моде, как правило, исключает возбуждение неоптимальных мод. На Рис.3б показаны продольные моды, для которых существует потенциальная возможность возбуждения, вместе с группами сопутствующих им поперечных мод. Поскольку потери в резонаторе для поперечных мод выше, чем для продольных, их возбуждение требует более высокого коэффициента усиления активной среды. Это схематически показано на Рис.3в. В типичном резонаторе газового лазера длиной 
=100 см продольные моды отстоят друг от друга по частоте на 
.
Полуширина линии излучения неона при рабочей температуре в лазере зависит от типа используемого квантового перехода. Для трех наиболее известных переходов в неоне полуширины линий равны:
Интервал частот между продольной модой и сопутствующими поперечными модами составляет обычно от 0,2 до 5 МГц, и разрешить их нелегко в отличие от продольных мод, которые поддаются отождествлению с помощью хорошего интерферометра Фабри – Перо (Рис. 4).
|
|
|
| |||||
| |||||
| |||||
Рис. 4. а – интерферограмма Фабри – Перо излучения Не – Ne-лазера. Концентрические кольца в каждом порядке соответствуют различным продольным модам; б – фотоденситограмма одного порядка.
Меняя длину резонатора, можно менять число продольных мод,
укладывающихся в пределах уширенной линии флюоресценции. Если резонатор очень короткий, значение 
может превышать ширину линии, и в резонаторе лазера возбуждается только одна мода.
Число поперечных мод, которые возбуждаются одновременно с продольными, очень чувствительно к положению зеркал. Этот эффект особенно заметен при диаметре разрядной трубки лазера, равном 7—10мм. На Рис. 5 показаны разнообразные модовые структуры, полученные путем перестройки одного из зеркал лазера. Естественная ширина спектральной линии зависит прежде всего от времени жизни верхнего возбужденного состояния. Для «лазерной» линии неона она составляет 16 МГц.
Рис. 5. Структура мод гелий-неонового лазера с разрядной трубкой диаметром 8 — 10 мм .
Наконец, очень существенную роль играет ширина линии пассивного резонатора Фабри - Перо, она зависит от расстояния между зеркалами и коэффициента отражения зеркал. Если L=100 см, а коэффициенты отражения обоих зеркал одинаковы и равны 0,99, указанная ширина составляет 1 МГц; это значение уменьшается до нескольких сотен килогерц, если коэффициенты отражения зеркал увеличить до 0,998, что достижимо при современной технологии напыления отражающих диэлектрических слоев.
|
|
|
Дата добавления: 2021-07-19; просмотров: 97; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!