Основы квантовой оптики - Клаудер Дж.
Скачать (прямая ссылка):
активной среды; их в принципе можно устранить, улучшив экспериментальные
условия. Этому вопросу посвящены работы [6-15]. Напротив, "естественные"
флуктуации фазы (частоты) и амплитуды возникают в результате
412
ДОПОЛНЕНИЕ
действия принципиально неустранимого шума спонтанного излучения.
Характерное время корреляции этого шума отвечает обратной ширине линии
лазерного перехода и, таким образом, весьма мало. Работы по теории
естественных флуктуаций одномодовых лазеров ведутся несколькими группами
исследователей; отметим, в частности, работы Хакена и др. [17-24],
Берштейна и др. [33, 34] (в [33] содержится также обзор экспериментов
этой группы), работы группы Климонтовича (ссылки см. в [35], работы
Казанцева, Сурдутовича и сотр. (см. например [31]). В работах Лэкса (см.
раздел IV) также развивается теория флуктуаций в лазерах. Из интересных
результатов отметим решение нестационарного уравнения Фоккера - Планка
для процесса установления амплитуды при включении лазера [18].
Эксперименты по флуктуациям одномодовых лазеров ведутся группой Арекки
[36-38], Берштейном и др. [52-57] и рядом других. Необходимо особо
упомянуть работу [54], где измерена естественная ширина линии излучения
гелий-неонового лазера.
Ряд работ посвящен флуктуациям излучения кольцевых газовых лазеров [58,
59], лазеров с нерезонансной обратной связью (обратной связью за счет
рассеяния) [60-65] и полупроводниковых лазеров [66-70].
Наиболее интересные статистические и динамические свойства мощных
импульсных лазеров связаны с их мно-гомодовостью. В частности, фазировка
этих мод может привести к образованию мощных сверхкоротких импульсов
света. В виду большой практической важности вопроса представляется
целесообразным, кроме списка литературы, привести формулировку основных
относящихся сюда понятий.
В ширине спектра, генерируемого активной средой (Дю = 2-1012 сект1 для
рубинового лазера и Асо = = 5-1013 сек~1 для неодимового) помещается
большое число Л4 мод, отличающихся продольным индексом (так называемых
аксиальных мод). При этом М = Aco/Q, где Q = 2п/Т = nc/L, а Т - период
межмодовых биений; типичные значения длины резонатора L " 1 м.
В отсутствие связи между модами их фазы независимы, и излучение при Л4
Тг> 1 приближенно представ-
ДОПОЛНЕНИЕ
413
ляет собой гауссов процесс. При этом временной ход пола E(i) и
интенсивности /(/) = \E(t) \2 отвечает функции с характерным временем
корреляции т = (До)-1 ~ ~ Т/пМ. Одномерный закон распределения мгновенной
интенсивности /(i) имеет вид
Г(/) = </)-'ех р{-щ}
(что соответствует рэлеевскому распределению для огибающей).
Независимость фаз различных мод приводит к тому, что временной ход
интенсивности представляет последовательность всплесков, причем эти
всплески в среднем равномерно заполняют весь период Т, а число их N имеет
порядок числа М возбужденных мод.
В определенных условиях работы лазера при том же спектральном составе
поля временной ход интенсивности может отвечать картине со значительно
меньшим числом всплесков (N <С М) и соответственно с большей мгновенной
интенсивностью. Это происходит, в частности, если в лазере установлен
просветляющийся фильтр; такой фильтр на определенном этапе развития поля
в лазере ускоряет рост наиболее интенсивных выбросов начальной
флуктуационной картины по сравнению со средней скоростью роста.
Случай с N <с М на языке разложения по модам отвечает частичной
синхронизации фаз различных мод; такая синхронизация происходит в
результате взаимодействия мод в нелинейном фильтре.
Особый интерес представляет случай так называемой полной фазировки
спектра, когда подавляющая часть излучаемой за период энергии
сосредоточена в единственном мощном импульсе; при этом фазы мод являются
линейной функцией продольного индекса п:
<р" = nQt0 + ф,
где t0 - положение импульса на периоде.
Вопросам генерации коротких импульсов света в лазерах с
самосинхронизацией мод посвящен обзор Де-Мариа и др. [71], где приведена
библиография работ на эту тему (около 120 названий).
Статистические аспекты процесса фазировки спектра
414
ДОПОЛНЕНИЕ
оптического излучения рассмотрены в работах [77-82]. Отметим, в
частности, работу [78], в которой для определенной модели лазера получены
условия того, когда следует ожидать полной фазировки спектра, а когда -
лишь частичной.
Регистрация пикосекундной структуры излучения таких лазеров является
трудной задачей. Здесь обычно применяются методы нелинейной
интерферометрии (например, люминесценция при двухквантовом возбуждении).
Литература по этому вопросу приведена в разделе II.
Общие вопросы
1. Armstron g J. A., Smith A. W., Progress in Optics, 6, 213 (1967).
2. Chen D., Ready J. F., Bull. Amer. Phys. Soc., 11, № 4, 454 (1966).
Measurement of the mutual coherence function of He-Ne laser light.
3. Leonard D. A., Zink у W. R., Appl. Phys. Lett., 12, № 4, 113 (1968).
Coherence properties of the supperradiant 5401 A pulsed neon laser.
4. Каллас X., Чайка М., Оптика и спектроскопия, 22, № 3, 517 (1967).
