December 05 2016 16:35:55
School Nogma
Навигация
 
Авторизация
Логин

Пароль



Вы не зарегистрированы?
Нажмите здесь для регистрации .

Забыли пароль?
Запросите новый здесь.
 
порог генерации и синхронизация мод
Физические основы информации

В лазере генерируется не все частоты собственных мод резонатора, а только те, которые удовлетворяют условию порога генерации: усиление моды за проход резонатора превышает её потери энергии. Число различных генерируемых частот определяется условиями работы лазера. У гелий-неонового лазера это число равно 5-10, в рубиновом лазере – несколько сотен, а в лазере на красителях – несколько тысяч. Формирование продольной структуры лазерного излучения основано на управлении спектром продольных мод, у которых поперечные индексы одинаковые. При определенных условиях одновременное возбуждение большого числа таких продольных мод позволяет получить импульсы длительностью ~10-12с. Это достигается путем синхронизации мод – согласования фаз различных мод таким образом, чтобы в определенные моменты времени поля этих мод складываются в фазе и мощность излучения возрастает пропорционально квадрату числа мод. Возникают мощные импульсы излучения, следующие друг за другом с интервалом

img651,                                                                                                               (III.10.10)

где n – показатель преломления среды резонатора. Благодаря синхронизации почти вся энергия излучения, приходящаяся в стационарном режиме на время Δt, испускается в импульсе, продолжительностью

img652,                                                                                                           (III.10.11)

где N – число синхронизированных мод. Таким образом, мощность возрастает в N раз.

Синхронизация мод есть временной аналог пространственного действия дифракционной решетки при формировании главных дифракционных максимумов. Синхронизация (согласование фаз) мод в оптическом резонаторе может возникнуть спонтанно, случайным образом. Однако в этом случае захватывается лишь несколько мод. Число захваченных мод можно увеличить с помощью нелинейного фильтра, коэффициент пропускания которого увеличивается с ростом интенсивности излучения.

Как хорошо известно из теории преобразования Фурье, длительность излучения Δt и эффективная ширина Δν его частотного спектра связаны неравенством

img653,                                                                                                                       (III.10.12)

поэтому для получения излучения с очень узкой частотной полосой необходимо увеличивать длительность Δt излучения. В непрерывном режиме теоретически можно получить сколь угодно малую частотную ширину излучения. Однако частотная ширина зависит также от флуктуаций параметров установки (неконтролируемые изменения показателя преломления активной среды, случайные изменения длины резонатора вследствие теплового расширения и флуктуации температуры и т.д.). Например, при
L = 1м, λ = 0,5мкм и ΔL = λ/50  Δν/ν ~ 10-8. Принципиальное значение имеют броуновское движение зеркал и спонтанное излучение атомов активной среды, которые при комнатной температуре дают оценку снизу Δν ≥ 0,1-100Гц, т.е. для ν = 1015Гц  Δν/ν ~ 10-16-10-13. Этот предел уже практически достигнут.

Таким образом, лазеры позволяют получить однородные в поперечном сечении пучки (при работе в одномодовом режиме) с очень малой угловой расходимостью (за счет увеличения длины резонатора) и узкой частотной шириной, а также короткие мощные импульсы излучения. Все эти свойства играют важную роль при передаче информации с помощью света.

Поскольку абсолютно стабильных источников света не существует, параметры электромагнитной волны флуктуируют, т.е. меняются случайным образом относительно своих средних значений. Кроме того, среда, через которую распространяется излучение, также может менять случайным образом параметры излучения. Для описания статистических свойств электромагнитных волн используются функции когерентности (корреляционные функции). Простейшая функция когерентности второго порядка для скалярного волнового поля img654 запишется в виде

img655,                                                                   (III.10.13)

где угловые скобки обозначают усреднение по всем возможным реализациям волнового поля в точках img656иimg657. В случае векторного электромагнитного поля функции когерентности вводятся только для компонент электрического поля, только для компонент магнитного поля и смешанные функции, куда входят как электрическое, так и магнитное поля. Для стационарного поля функции когерентности зависят от разности моментов времени t2–t1, а в случае однородного поля функции когерентности от разности векторов img658.

В экспериментах усреднение всегда проводится по времени быстродействия Тпр приемника излучения. Если поле является эргодическим, т.е. за некоторое время Тп оно проходит через все свои возможные реализации, то при выполнении условия

Тпр > Тп                                                                                                                 (III.10.14)

усреднение по времени быстродействия прибора эквивалентно усреднению по всем возможным реализациям поля.

Необходимо отметить, что функции когерентности удовлетворяют тем же волновым уравнениям, что и сами поля, для них существуют законы сохранения, они позволяют определить спектральный состав излучения и размеры источников излучения. Функция когерентности второго порядка (III.10.13) используются для описания классических интерференционных опытов и статистики фотоотсчетов.

Комментарии
Нет комментариев.
Добавить комментарий
Пожалуйста, залогиньтесь для добавления комментария.
Рейтинги
Рейтинг доступен только для пользователей.

Пожалуйста, авторизуйтесьили зарегистрируйтесь для голосования.

Нет данных для оценки.

Время загрузки: 0.05 секунд 4,195,160 уникальных посетителей