Принцип получения лазерного излучения

Активная среда используется в лазерах в качестве генератора излучения. Для этого её помещают между двумя плоскопараллельными зеркалами с высоким коэффициентом отражения. Такая система зеркал называется оптическим резонатором.

Рис.

При возникновении спонтанного излучения фотоны, которые распространяются в направлении перпендикулярно поверхности зеркал, многократно проходят через активную среду, отражаясь от зеркал. При каждом прохождении происходит увеличение (усиление) интенсивности излучения, за счёт лавинообразного появления новых фотонов вследствие вынужденного излучения.

Если одно зеркало сделать частично прозрачным, то часть усиленного излучения будет выходить во внешнюю среду, как полезное излучение. Фотоны попадающие на зеркала под углом отличным от 90 градусов будут выходить из активной среды без усиления (пунктирные линии на рисунке). Поэтому полезное излучение имеет очень малый угол расходимости, т.к. все фотоны этого излучения имеют одинаковое направление распространения, т.е. излучение лазера имеет высокую направленность.

Генерация излучения начинается не при любом значении инверсии населенности, а лишь при определённом (критическом) значении инверсии (N₂-N₁)_кр. Физически – это происходит тогда, когда усиление активной среды компенсирует потери. Например, потери (убыль фотонов) за счёт частичного выхода излучения через полупрозрачное зеркало. Существуют другие причины потерь, но они относительно малы и ими можно пренебречь.

Можно получить математическое выражение условия появления генерации излучения на основании формулы (2.8)

Интенсивность потока излучения после единого цикла прохождения через активную среду (активная среда длинной L, отражение от 3₂ с коэффициентом отражения R₂, активная среда длиной L, отражение от 3₁ с коэффициентом R₁ (вернулись в исходную точку)), определяется следующим образом.

Отсюда: - это и есть условие возникновения генерации, которое позволяет определить критическую инверсию

(2.11)

Как только будет достигнута и несколько превышена критическая инверсия, генерация разовьется из спонтанного излучения. Этот механизм появления излучения лежит в основе принципа действия ОКГ.

Численный пример:

Дано: Лазер – твердотельный длина активной среды -

Решение: .

Дата добавления: 2014-11-29