RP Фотоническая энциклопедия - релаксационные колебания, твердотельный лазер, класс A, режим класса B, всплески

1. Список используемой литературы

Когда лазер нарушается во время работы, например, из-за колебаний мощности насоса, его выходная мощность не сразу возвращается в устойчивое состояние. Многие лазеры (например, твердотельные лазеры и большинство лазерные диоды ) работать в так называемом режиме класса B , с время жизни в верхнем состоянии часто намного дольше, чем время демпфирования полости. В этом режиме изменения мощности накачки приводят к так называемым релаксационным колебаниям . Они обычно затухают, что в конечном итоге приводит к установившемуся состоянию. Особенно ярко выраженное колебательное поведение с относительно низкими частотами колебаний (часто в режиме килогерца) имеет место в легированный изолятор твердотельные лазеры , в то время как полупроводниковые лазеры обычно демонстрируют сильно затухающие релаксационные колебания с очень высокими частотами в гигагерцовом диапазоне. Другие лазеры, например, многие газовые лазеры При работе в режиме класса А с временем жизни верхнего состояния ниже времени затухания резонатора не возникают релаксационные колебания, а только экспоненциальная релаксация до стационарного состояния.

Рисунок 1: Имитация динамики включения Nd: YAG лазер , предполагая, что мощность насоса внезапно включается. Перед достижением устойчивого состояния лазер испускает ряд пиков и испытывает затухающие релаксационные колебания.

Как показано на рисунке 1, лазеры класса B могут демонстрировать сильные с шипами например, когда мощность насоса внезапно включается. После излучения нескольких пиков (импульсов) мощность лазера демонстрирует затухающие релаксационные колебания. Частота колебаний аналогична обратному периоду пиков.

Расчеты релаксационных явлений могут быть основаны на динамических уравнениях, представленных в статье лазерная динамика , который может (для небольших колебаний, а не для с шипами ) быть линеаризованным вокруг стационарного состояния. Ниже приведены основные результаты такого анализа для лазеров класса B. Частота релаксационных колебаний определяется внутрирезонаторной мощностью P int, резонатор потери l , время прохождения T R резонатора и энергия насыщения Е сел а то время жизни в верхнем состоянии τ г получить средний :

Время демпфирования полости соответствует T R / l , и первый член в радианде больше второго в упомянутом режиме класса B.

Для твердотельных лазеров (с τ g >> T R) второе слагаемое radicand пренебрежимо мало (за исключением операции, близкой к порогу), так что уравнение упрощается до

Уравнения действительны для обоих четырехуровневое и трехуровневое усиление , Однако только для четырехуровневых сред усиления можно преобразовать предыдущее уравнение в

где г так называемый параметр насоса , который является отношением мощности насоса к пороговая мощность насоса ,

Время затухания колебаний можно рассчитать по

Для работы чуть выше лазерный порог релаксационные колебания медленны, а их время затухания примерно вдвое больше время жизни в верхнем состоянии среднего усиления. Для более высоких мощностей колебания могут ускоряться, а время затухания сокращается. Для четырехуровневых лазеров время затухания обратно пропорционально параметру насоса r .

Обратите внимание, что насыщаемый поглотитель в лазерном резонаторе, который может быть использован для пассивная блокировка мод , может сильно уменьшить демпфирование [2]; колебания могут даже стать незатухающими, так что установившееся состояние становится нестабильным. Это приводит к явлению Нестабильности добротности а также Блокировка режима модуляции добротности ,

Характеристика динамики лазера может дать полезную информацию о параметрах лазера, таких как потери в резонаторе или энергии насыщения усиления, таким образом, также лазер поперечные сечения ,

Список используемой литературы

[1] KJ Weingarten и соавт. «Усиление слабого сигнала in situ твердотельных лазеров, определенное по измерениям частоты релаксационных колебаний», Оптик Lett. 19 (15), 1140 (1994) [2] А. Шлаттер и соавт. «Импульсно-энергетическая динамика твердотельных лазеров с пассивной синхронизацией мод выше порога модуляции добротности», J. Опт. Soc. Am. B 21 (8), 1469 (2004) [3] А.Е. Зигман, Лазеры , Университетские научные книги, Милл-Вэлли, Калифорния (1986) [4] О. Свелто, Принципы лазеров , Пленум Пресс, Нью-Йорк (1998)

(Предложите дополнительную литературу!)

Смотрите также: лазерная динамика , с шипами , Нестабильности добротности
и другие статьи в категории лазеры

Если вам понравилась эта статья, поделитесь ею с друзьями и коллегами, например, через социальные сети:

Похожие