Условие, при котором возникает генерация света

Для того, чтобы от режима усиления перейти к режиму генерации света, в лазере, как и в любом генераторе используют положительную обратную связь. Обратная связь в лазере создается с помощью оптического резонатора, который в простейшем случае представляет собой пару параллельных зеркал. Возникновение генерации в простейшем резонаторе, состоящем из двух зеркал, поясняется рис. 5.17.

Для возникновения генерации, во-первых, необходимо, чтобы усиление света за счет вынужденного излучения в инвертированной среде превышало величину потерь. В простейшем случае, полагая, что резонатор лазера полностью заполнен активной средой, а потери связаны только с неполным отражением света зеркалами, то первое условие генерации можно записать в виде:

, (5.17)

где R₁ и R₂ – коэффициенты отражения от зеркал резонатора (по амплитуде световой волны), G – коэффициент усиления света в инвертированной среде, L – длина резонатора. Это так называемое амплитудное условие самовозбуждения лазера.

Второе условие возникновения генерации называется фазовым и состоит в том, что на длине резонатора должно укладываться целое число полуволн генерируемого излучения:

, (5.18)

где n – целое число. При выполнении этого условия фазовый набег световой волны при двойном проходе резонатора кратен величине 2p, что обеспечивает оптимальные условия для усиления света.

Фазовое условие в частности означает, что условие резонанса в любом резонаторе выполняется не для одного, а для многих типов колебаний, отличающихся друг от друга длиной волны и распределением электромагнитного поля в резонаторе. Так для резонатора, образованного двумя зеркалами, это условие выполняется для всех колебаний, у которых на расстоянии между зеркалами укладывается целое число полуволн. Такие типы колебаний называют модами. Спектр излучения лазера состоит из набора мод. Для достижения одномодового режима используют оптические фильтры мод.