Главная > Оптика > Физика процессов в генераторах когерентного оптического излучения
<< Предыдущий параграф
Следующий параграф >>
<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Макеты страниц

3.4. Лазер с нестационарным резонатором. Незатухающие пульсации мощности излучения

Под нестационарным резонатором здесь понимается резонатор, добротность которого подвергается слабой модуляции либо преднамеренно (например, при помощи акусто-оптической или электрооптической ячейки), либо случайным образом (за счет различных факторов технического происхождения, которые, как правило, имеют место в реальных условиях работы лазера). Существенно, что даже незначительная нестабильность параметров резонатора может заметно влиять на режим генерации лазера.

Балансные уравнения для лазера с периодически изменяющейся добротностью резонатора.

Предположим, что добротность резонатора изменяется периодически с некоторой частотой (ом:

причем глубина модуляции добротности предполагается достаточно малой (слабая модуляция добротности):

Используя (3.4.1), перепишем первое уравнение Статца—Де Марса (3.2.34) в следующем виде:

или с учетом (3.4.2)

где Переходя в соответствии с (3.2.52) к безразмерной форме записи, преобразуем уравнение (3.4.3) к виду

где

Итак, в случае слабой периодической модуляции добротности резонатора система балансных уравнений (записанная в безразмерной форме) может быть представлена в виде

Эта система уравнений не имеет стационарных решений, поскольку содержит время в явном виде (слагаемое в первом уравнении системы). Характер процессов, описываемых уравнениями (3.4.5), существенно зависит от величины параметра модуляции а также от отношения где

есть представленная в безразмерной форме частота затухающих пульсаций для (см. (3.3.24), а также (3.3.33)). Параметр называют собственной частотой релаксационных колебаний лазера около положения равновесия.

Предположим, что накачка слабая (а 1) и что лазер лишь часть периода модуляции находится выше порога генерации Кроме того, будем полагать, что (низкочастотная модуляция добротности). Зависимость рассчитанная в этих условиях при помощи

Рис. 3.17

(3.4.5), представлена на рис. 3.17 [21]. Конкретно: а Из рисунка видно, что излучение реализуется в виде последовательности серий затухающих пичков. Частота следования этих серий есть частота модуляции. Всякий раз начало генерации сопровождается возбуждением серии затухающих пичков.

Далее рассмотрим ситуацию, когда На рис. 3.18 представлены рассчитанные на основе (3.4.5) зависимости для трех разных значений отношения (во всех случаях . В рассмотренных на рисунке случаях реализуются, как легко видеть, незатухающие пульсации мощности излучения. На рис. 3.18, а, в процесс пульсации имеет две составляющие — низкочастотную и высокочастотную. На рис. 3.18, а низкочастотная составляющая соответствует частоте модуляции (частоте а высокочастотная — частоте собственных колебаний (частоте в случае имеет место противоположная ситуация. Наиболее интересен случай когда частота модуляции близка к частоте собственных колебаний; именно в этом случае пульсации имеют большую амплитуду.

Во всех случаях, показанных на рис. 3.18, имеет место определенная подстройка частоты пульсаций под частоту модуляции. В частности, указанная подстройка происходит в случае где частота следования пичков оказывается равной (как говорят, на частоте наблюдается синхронизация пичков). Периодическая модуляция добротности резонатора способствует, таким образом, упорядочению процесса лазерной генерации [92, 93].

<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Оглавление