Методические указания к лабораторным работам по курсу "Основы физики лазеров". Летута С.Н. - 62 стр.

                  Работа № 4 Свойства лазерного излучения
                                   Цель работы:
     1 Изучение основных свойств лазерного излучения и выяснение причин
обуславливающих эти свойства.
     2 Экспериментальное определение расходимости лазерного излучения на
основе исследования свойств пучка с гауссовым профилем, измерение длины
когерентности лазерного излучения.


      Основными свойствами лазерного излучения являются: 1) монохрома-
тичность 2) когерентность (пространственная и временная) 3) направленность
4) яркость. Рассмотрим эти свойства подробно.
                            4.1 Монохроматичность
      Монохроматичность лазерного излучения обязана наличию главным об-
разом следующих эффектов: а) резонансному характеру взаимодействия между
активной средой и электромагнитным излучением, в следствии чего происхо-
дит усиление излучения с центральной частотой в полосе взаимодействия, б)
наличию резонатора из двух зеркал, который обеспечивает возникновение ге-
нерации только на частотах этого резонатора.
      Для количественного анализа степени монохроматичности излучения
вводится величина ∆ν или (∆ω = 2π∆ν) называемая шириной линии данного ис-
точника. Ширину линии можно также характеризовать в шкале длин волн ∆λ.
Соотношение между этими величинами находят из выражения с = λν, где с -
скорость света. Для малых значений ∆λ имеем ∆ν = (с/λ2)∆λ и ∆λ = (с/ν2)∆ν.
      В случае, когда лазер генерирует в одномодовом режиме и выходное из-
лучение не изменяется во времени, теоретический предел монохроматичности
дается выражением

                                         4ηϖ(∆ϖ с ) 2
                              ∆ϖ ген   =              ,                      (4.1)
                                             P
      где ∆ωген - частота генерируемой моды,
          Р - выходная мощность,
         ∆ωс = 1/τс - полоса частот, определяемая модой резонатора,
          τс - время жизни фотона в резонаторе, равное τс = d/γc, где γ - потери
в резонаторе за один проход, d - его длина, с - скорость света.
      Практически, такие эффекты, как, например, вибрация или термическое
расширение резонатора, приводят к тому, что предельное значение ∆ωген стано-
вится значительно большим. Например, для He-Ne лазера, можно получить ши-
рину линии излучения ∆νген = 50 ÷ 500 Гц (т.е. ∆νген/ν =10-12 - 10-13). В импульс-
ном режиме работы лазера, минимальная ширина линии ограничивается вели-
чиной, обратной длительности импульса τимп. Например, если длительность ги-

12