Рассматриваются условия перехода к режиму генерации, свойства резонаторов, пространственные параметры пучка ОКГ, частотные характеристики излучения, присущие различным конфигурациям резонаторов, основные методы селекции мод.
Описываются принципы действия, устройство и параметры основных типов ОКГ — газовых, на твердых средах и полупроводниковых.
Приводятся методы измерения основных параметров излучения ОКГ, основные расчетные соотношения и примеры их применения для выбора или оценки отдельных элементов прибора; дается расчет параметров выходного излучения.
Рассматриваются вопросы применения ОКГ. Приводятся основные соотношения для расчета влияния атмосферы на излучение ОКГ, выбора внешних оптических систем, а также для пересчета параметров приемников к излучению ОКГ.
В приложении приводятся система обозначений электронных возбужденных состояний и соотношения между единицами энергии.
В книге содержится справочный материал в виде схем, таблиц и графиков.
Книга предназначена для широкого круга читателей: инженерно-технических работников, занятых вопросами разработки и эксплуатации ОКГ, работников смежных областей науки и техники, а также для студентов приборостроительных специальностей.
19 табл., илл. 178, библ. 214 назв.
ПРЕДИСЛОВИЕ
В настоящее время оптические квантовые генераторы (ОКГ) из уникальных, сугубо лабораторных установок, поражающих исследователей своими необычными свойствами, превратились в приборы, которые находят все более широкое применение в различных областях науки и техники. На ряде предприятий страны освоен серийный или полусерийный выпуск оптических квантовых генераторов. В связи с этим у широкого круга специалистов, не имеющих специальной подготовки по квантовым приборам, появилась потребность иметь определенный минимум знаний, позволяющий заниматься разработкой и эксплуатацией этих приборов.
Число работ по оптическим квантовым генераторам весьма велико. Однако, рассматривая имеющуюся на русском языке литературу по ОКГ, нетрудно заметить, что большинство публикаций по уровню изложения материала разделяется на две группы. К первой группе относится научно-популярная литература, которая не ставит своей задачей подготовить читателей к самостоятельной работе. Другая группа — это специальные статьи, в которых мате-риал излагается на серьезном научном уровне на базе современного математического аппарата; они содержат специальную терминологию и поэтому оказываются недоступными для широкого круга читателей. Кроме того, большинство книг не содержит полного объема сведений, необходимых как для понимания физических принципов работы, так и для практической разработки и эксплуатации ОКГ*.
Авторы сделали попытку написать книгу, доступную широкому кругу читателей без специальной подготовки. Материал излагается последовательно, начиная с физических основ и кончая вопросами расчета и применения ОКГ.
* Исключение составляют работы [4, 212] и некоторые другие книги.
Первые три главы книги посвящены физическим основам оптических квантовых генераторов. В гл. 1 рассмотрены основные оптические характеристики излучения: монохроматичность, когерентность, направленность, поляризация и мощность; в гл. 2 — вопросы взаимодействия излучения с инверсной средой; в гл. 3 — оптические резонаторы; в этих главах приводится соответствующая терминология. В следующих трех главах описаны основные типы ОКГ (газовые, на твердом теле и полупроводниковые), принципы их действия, устройство и основные параметры. Последние три главы книги отведены рассмотрению вопросов, связанных с практическим использованием ОКГ. В гл. 7 описаны методы измерения основных параметров и характеристик ОКГ; в гл. 8 приведены методы, формулы и примеры расчета или оценки параметров прибора и выбора некоторых его элементов; в гл. 9 рассмотрены общие вопросы, связанные с большинством применений ОКГ, а также несколько конкретных примеров. В приложениях описываются структура электронных оболочек, обозначения возбужденных состояний и система единиц энергии, используемых в спектроскопии.
Главы 2, 4, 5, 8 и приложения написаны Е. Ф. Ищенко, главы 1, 3, 6, 7 и 9 — Ю. М. Климковым.
Авторы выражают глубокую признательность профессору, доктору физико-математических наук В. А. Фабриканту, профессору, доктору технических наук, заслуженному деятелю науки и техники РСФСР С. В. Елисееву и доценту, кандидату технических наук Ю. Г. Якушенкову за постоянное внимание и полезные советы. Сознавая, что невозможно написать книгу, свободную от недостатков, тем более в такой быстро развивающейся области, как квантовая электроника, авторы с благодарностью учтут замечания, которые следует направлять по адресу: Москва, Главпочтамт, п/я 693, издательство «Советское радио».
ОГЛАВЛЕНИЕ Предисловие.................. 3
1
ВВЕДЕНИЕ
1.1. Монохроматичность............... 12
1.2. Когерентность................. 25
1.3. Направленность и возможность фокусирования W излучения................... 40
1.4. Поляризация ................. 45
1.5. Мощность излучения.............. 51
1.6. Историческая справка............. 53
2
ОПТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ИНВЕРСНОЙ СРЕДЫ
2.1. Кинетика возбужденных состояний ....... 55
2.2. Оптические переходы.............. 59
2.3. Вероятность спонтанного перехода....... 63
2.4. Ширина и контур спектральной линии .... 67
2.5. Взаимодействие излучения с инверсной средой . . 75
3
ОПТИЧЕСКИЕ РЕЗОНАТОРЫ
3.1. Назначение резонатора............. 85
3.2. Основные явления, происходящие в резонаторе . . 88
3.3. Моды оптического резонатора.......... 98
3.4. Свойства резонаторов ОКГ........... 104
3.5. Селекция мод резонаторов ОКГ......... 126
3.6. Блок-схема ОКГ ................ 136
4
ГАЗОВЫЕ ОКГ
4.1. Особенности устройства газовых ОКГ...... 138
4.2. Классификация газовых разрядов, используемых
в ОКГ..................... 145
4.3. Элементарные процессы в плазме, участвующие
р создании инверсии....... . ". . 149
468
4.4. Зависимость электронной температуры от параметров разряда.................. 167
4.5. Гелий-неоновый ОКГ ............. 169
4.6. Ионные ОКГ непрерывного действия ...... 178
4.7. Импульсный режим работы ОКГ ........ 188
4.8. Молекулярные газовые ОКГ.......... 191
4.9. ОКГ с использованием фотодиссоциации молекул 195
5
ОКГ НА ТВЕРДОМ ТЕЛЕ
5.1. Активная среда твердотельных ОКГ ...... 206
5.2. Механизм создания инверсии в твердой среде . . . 210
5.3. Источники излучения и системы оптической накачки 221
5.4. Рубиновый ОКГ ................ 232
5.5. ОКГ с использованием ионов редкоземельных элементов ..................... 238
5.6. Пичковый режим работы твердотельных ОКГ . . . 244
5.7. Работа ОКГ в режиме модулированной добротности 248
6
ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ОКГ
6.1. Некоторые свойства полупроводников...... 256
6.2. Распределение электронов по энергетическим уровням и условия получения вынужденного излучения
в полупроводниках . .............. 262
6.3. Методы получения инверсной населенности в полупроводниках................. . 270
6.4. Инжекционный лазер на арсениде галлия . . . , 277
6.5. Другие полупроводниковые лазеры ...... 287
7
МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ И ХАРАКТЕРИСТИК ОКГ
7.1. Определение потерь в резонаторе ....... 296
7.2. Измерение монохроматичности ОКГ ...... 311
7.3. Исследование когерентности излучения ОКГ . . . 320
7.4. Измерение угла расхождения и распределения энергии в пучке................ 326
7.5. Измерение поляризации ............ 331
7.6. Измерение мощности и энергии излучения ОКГ . . 335
7.7. Определение формы фронта волны....... 352
7.8. Измерение длины волны............ 353
8
НЕКОТОРЫЕ РАСЧЕТНЫЕ СООТНОШЕНИЯ, ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ В ТЕХНИКЕ ОКГ
8.1. Зависимость мощности (энергии) излучения от параметров ОКГ................. 356
8.2. Анализ зависимости мощности излучения от параметров ОКГ в случае слабого усиления..... 365
469
8.3. Выбор поперечного размера активного элемента 367
8.4. Пространственные характеристики излучения ОКХ 371
8.5. Частотные характеристики излучения ОКГ .... 384
8.6. Круговые диаграммы............. 388
8.7. Оценка необходимой точности юстировки резонатора..................... 391
9
НЕКОТОРЫЕ ВОПРОСЫ ПРИМЕНЕНИЯ ОКГ
9.1. Некоторые вопросы, связанные с применением ОКГ 397
9.2. Точные измерения расстояний до объекта с помощью ОКГ.........;............ 427
9.3. Измерение с помощью ОКГ угловых скоростей и углов поворота .................... 432
9.4. Фотографирование с помощью ОКГ (голография) 437
9.5. Различные другие применения ОКГ ...... 443
ПРИЛОЖЕНИЯ
Приложение I. Обозначения возбужденных состояний атомов и ионов ................... 447
Приложение II. Связь между единицами энергии возбужденных состояний и единицами характеристик излучения......................... 458
Литература..................... 460
Цена: 150руб.
