4 votos

Fórmula analítica resonador para suma de modos del laser

Por una suma de N modos en un resonador con idénticas fases, encontrar una fórmula analítica para la forma de pulso en el límite de muchos modos. El uso de la expresión analítica para la suma de una serie geométrica.

Intento

Una onda monocromática de frecuencia $\nu$ puede ser descrito por

$$u(r,t)= U(r) \ \exp(j 2 \pi \nu t),$$

donde $U(r)=A \sin kz,$ $k$ siendo una constante. Yo creo que si tienen la misma fase debemos tener cambio de fase $\varphi = q2 \pi,$ para algunos entero$q.$, Pero ¿cómo podemos incorporar esto en la ecuación?

Además, un arbitrario de la onda en el interior del resonador puede ser escrito como la superposición de la resonador modos:

$$U(r)= \sum^\infty_q A_q \sin k_q z.$$

Y yo sé que para una serie geométrica de la suma es dada por:

$$\sum^\infty_{n=1} a r^{n-1} = \frac{a}{1-r}.$$

Donde $r$ es la razón común. Entonces, ¿cómo exactamente puede la serie geométrica de la suma aplicarse a escribir la expresión analítica para la suma de muchos modos?

3voto

user113857 Puntos 22

Creo que el siguiente puede ayudar a:

El láser modos de una cavidad de longitud $L$ tiene el siguiente (angular) espaciado de frecuencia:

\begin{equation} \Delta \omega = 2\pi c/(2L) = 2\pi/(T_c) \end{equation}

Aquí, $T_c$ es la cavidad tiempo de ida y vuelta. Las frecuencias de la cavidad tomar la siguiente forma:

\begin{equation} \omega_n = \omega_{\text{offset}} + n\Delta\omega \end{equation}

con $n = 0,1,2,3,...$. También, $\omega_{\text{offset}}$ es la frecuencia angular de la portadora de la envolvente de fase. La cavidad modos de propagar la siguiente manera:

\begin{equation} E_n(z,t) = a_n \exp\left[ i(k_n z\pm\omega_nt + \phi_n)\right] \end{equation}

donde $a_n$ es la amplitud de la onda, $\phi_n$ su fase, y $\pm$ es utilizado para las ondas que se propagan en ambas direcciones. Una cavidad tendrá $N$ modos longitudinales, y la circulación de campo dentro de ella puede ser expresado como una superposición de ellos:

\begin{equation} E(z,t) = \sum_{n=q_0}^{q_0 + N-1} a_n \exp\left[i(k_nz - \omega_n t + \phi_n)\right] \end{equation}

Ahora, podemos hacer algunas suposiciones de modo que podemos usar la progresión geométrica de la fórmula que le dan. Asumir que el perfil espectral del láser es un 'sombrero de copa' de la función, de modo que todos los de las olas bajo el simbolo tienen la misma amplitud $E_0$. También podemos suponer, por simplicidad, que todas las ondas tienen la misma fase, por lo $\phi_n=0$ (no hay demasiada pérdida de generalidad, ya sea aquí, como con un modelocked de la cavidad, la cavidad de los modos tienen una bien definida la relación de fase, incluso cuando la fase no es igual). Teniendo en cuenta la ola de $z=0$ la ecuación de $E(z,t)$ se convierte en:

\begin{equation} E(0,t) = E_0\sum_{n=q_0}^{q_0 + N-1} \exp\left[-i(\omega_{\text{offset}} + n\Delta\omega)t\right] \end{equation}

Considerando esto como una progresión geométrica:

\begin{equation} E(0,t) = E_0\exp(-i\bar{\omega}t)\frac{\sin[(N/2)\Delta\omega t]}{\sin[(1/2)\Delta\omega t]}. \end{equation}

La barra de la notación indica que la media de la frecuencia de la oscilación de los modos. Así, esta superposición de los modos de los rendimientos de un láser de salida es una onda que viaja con frecuencia angular $\bar{\omega}$, y la cual es modificada por una envolvente función dada por $\sin[(N/2)\Delta\omega t] / \sin[(1/2)\Delta\omega t]$.

Hay muchas fuentes para esto, ya que es un enfoque estándar para la presentación de la idea de modos y sus fases en física de láser (para llegar a conocer si usted planea estudiar más!). Esta es la razón por la que he dejado fuera algunos pasos intermedios en la asignatura de matemáticas. Si esta explicación no le conviene sin embargo, luego de que hay muy pocos (brillante) conjuntos de notas de la conferencia en línea para este tipo de cosas, aunque es cierto que se puede tomar un montón de cavar para llegar a la información que usted necesita. Echa un vistazo a Rick Trebino de notas de la conferencia. Sin embargo, habiendo dicho que me encontré con que el siguiente libro de texto fue muy útil (y creo que con esta explicación, la cual es tomada de los apuntes personales, se encuentra aquí directamente): Física de láser, Oxford Serie Master en Atomic, Óptica y Física de Láser, (autores: Hooker & Webb).

i-Ciencias.com

I-Ciencias es una comunidad de estudiantes y amantes de la ciencia en la que puedes resolver tus problemas y dudas.
Puedes consultar las preguntas de otros usuarios, hacer tus propias preguntas o resolver las de los demás.

Powered by:

X