Чем определяется ширина полосы генерации лазера?

[1414212]

Чем определяется ширина полосы генерации лазера? Я полжизни думал, что уширениями - естественным, доплеровским, столкновительным. Но после того как увидел кучу статей, в которых с помощью обратной связи компенсируют изменение оптического пути в резонаторе и получают ширину полосы генерации до 1 Гц понял, что ничего не понимаю. Подскажите кто-нибудь как устроен мир.

[Xey]

Нашлась картинка с модами резонатора, в который помещают активную среду лазера.

При превышении порога генерации, излучается когерентный свет, частота которого "подтягивается" к верхушке пика пропускания резонатора.

[1414212]

Да, спасибо. Представим, что у нас в полосу усиления попадает только одна мода - один пик резонатора. У нее есть собственная ширина, но вот ширина спектра генерации будет, насколько я понимаю, более узкой. И в целом, в процессе генерации конкурируют два процесса - сужение за счет эм... (за счет чего? Аналог конкуренции мод, но на внутримодовом уровне?) и уширение (тоже не знаю за счет чего. Судя по статьям колебания зеркал и прочие процессы приводящие к изменению оптического пути).

[photon]

1414212 в сообщении #1373368 писал(а):

Судя по статьям колебания зеркал и прочие процессы приводящие к изменению оптического пути

Это все-таки, скорее, влияет на стабильность частоты генерации, а не на ширину полосы. Ширина полосы напрямую (точнее, обратно) связана с добротностью резонатора.

[amon]

1414212 в сообщении #1373262 писал(а):

Чем определяется ширина полосы генерации лазера?

Хороший вопрос. Смотря какого лазера и в каком режиме. Дело в том, что лазер по существу мало чем отличается от микрофона, подсоединенного к усилителю с динамиком. Если вы начнете подносить микрофон к динамику, то в какой-то момент динамик противно запищит. Если он только-только запищал, то осциллограф на выходе с усилителя покажет вам почти идеальную синусоиду. Значит на пороге возбуждения усилитель с положительной обратной связью генерирует почти монохроматический сигнал, хотя и полоса пропускания усилителя ("ширина линии") и полоса пропускания микрофона ("добротность резонатора") гораздо больше, чем спектральная ширина "писка". Двигая туда-сюда микрофон вы будете менять частоту писка, поэтому, что бы получать стабильный по частоте сигнал надо закрепить микрофон.

Собственно, это и делается в стабилизированном лазере. На пороге генерации (естественно, чуть выше порога) ширина линии будет определяться нелинейщиной, и может быть много уже и спектральной ширины линии излучения, и полуширины моды резонатора. Правда, эта очень узкая линия будет елозить туда-сюда от тепловых и прочих флуктуаций. Что бы компенсировать последнее и вводится обратная связь. (Так будет не для любого лазера, но это уже сильно вглубь теории нелинейных колебаний и теории лазеров.)

[1414212]

Спасибо большое, в общих чертах понятно. А есть ли книжки где это подробно разобрано?

[Xey]

Листал речь Холла в УФН, 2006 г. номер 12.
На странице 1358 есть о ширине линии лазера. Она определяется потерями (видимо, как и любой колебательной системы)
Реально получают около Герца, расчёт по
формулле Шавлова-Таунса даёт единицы мГц, это если не учитывать технические влияния.