ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие . . ¦ : '. 3
Введение ... 5
8.1. Принцип работы лазера. Основные свойства лазерного
излучения :..... 7
8.2. Классификация используемых в ОЭКП лазеров . 11
8.3. Структурная схема ОЭКП .... . . 12
ГЛАВА 1. КВАНТОВАЯ ТЕОРИЯ ИЗЛУЧЕНИЯ И ВЗАИМОДЕИСТ- , _
ВИЯ ИЗЛУЧЕНИЯ С ВЕЩЕСТВОМ 15
1.1. Квантовая теория излучения. Коэффициенты Эйнштейна 15
1.2. Ширина спектральных линий . 21
1.2.1. Естественная ширина спектральных линий ... 22
1.2.2. Ширина спектральной линии, обусловленная соуда-
соударениями . . 24
1.2.3. Ширина спектральной линии, обусловленная эффек-
эффектом Доплера 26
1.2.4. Суммарная ширина спектральной линии ... 27
1.2.5. Ширина спектральной линии по квантовой механике 28
1.2.6. Самообращение спектральной линии . . 30
1.2.7. Неоднородное уширение спектральных линий . . 30
1.2.8. О ширине спектральных линий твердых сред 31
1.2.9. Спектральные коэффициенты Эйнштейна . . 32
1.2.10. Монохроматичность излучения .... 32
1.2.11. Когерентность излучения. Степень частичной коге-
когерентности 33-
1.3. Вероятностный метод анализа квантовых систем . 36
1.4. Прохождение излучения через вещество ¦ . 40
1.5. Структурные схемы лазера и лазерного усилителя . 50
ГЛАВА 2. АКТИВНЫЕ СРЕДЫ ЛАЗЕРОВ И МЕТОДЫ СОЗДАНИЯ г,
В НИХ ИНВЕРСНОЙ НАСЕЛЕННОСТИ . .51
2.1. Твердые активные среды 52
2.2. Создание инверсной населенности в твердых средах 56
2.3. Активные среды промышленных твердотельных лазеров 65
2.3.1. Рубин 65
2.3.2. Стекло, активированное неодимом ... 70
2.3.3. Гранаты 74
2.4. Способы создания инверсной населенности в газообразных
активных средах 7&
2.4.1. Разновидности разрядов, используемых в газовых
лазерах 76-
2.4.2. Процессы неупругого взаимодействия частиц в га-
газовом разряде 78
2.4.3. Особенности оптического возбуждения газообразных
сред 82
2.4.4. Возбуждение при использовании тепловой, механи-
механической и химической энергии 83
2.4.5. Использование переходных процессов заселения и
расселения рабочих уровней ... .85
2.5. Активные среды серийных газовых лазеров . 86
2.5.1. Гелий-неоновый лазер . 87
2.5.2. Лазер на углекислом газе ... . 91
2.5.3. Лазер на ионизированном аргоне ... 96
2.6. Полупроводниковые активные среды .... 100

2.6.1. Основные типы полупроводников и их свойства . 102
2.6.2. Создание инверсной населенности в полупроводни-
полупроводниках без р — п перехода 104
2.6.3. Инжекционный лазер с р— п переходом 108
СГЛАВА 3. ОПТИЧЕСКИЕ РЕЗОНАТОРЫ . , . 111
¦3.1. Основные свойства открытых, резонаторов . . . .112
3.1.1. Распределение поля в открытых резонаторах и его
сокращенное обозначение .113
ЗЛ.2. Частотная характеристика резонатора . .114
3.1.3. Добротность и эффективное число проходов излу-
излучения через резонатор 116
3.1.4. Основные типы оптических резонаторов . ... 117
^3.1.5. О-диаграмма . 120
3.2. Аналитическое нахождение распределения поля в оптиче-
оптических резонаторах . ... . . 122
3.2.1. Исходное уравнение 123
3.2.2. Методы расчета распределения поля на зеркалах 126
3.2.3. Расчет стационарного распределения поля вдоль
оптической осн ... . 134
3.3. Плоский резонатор 134
3.3.1. Распределение поля на прямоугольных зеркалах 135
3.3.2. Распределение поля на круглых зеркалах . 138
3.3.3. Частотный ' спектр плоского резонатора 139
3.3.4. Влияние неидеальности плоского резонатора . - 140
-3.4. Распределение поля на зеркалах конфокального резона-
резонатора . . :.-... 144
3.4.1. Распределение поля на круглых зеркалах симмет-
симметричного конфокального резонатора . . . 144
3.4.2. Распределение поля на квадратных зеркалах сим-
симметричного конфокального резонатора . . .146
3.5. Приближенный анализ распределения поля на квадратных
зеркалах симметричного конфокального резонатора . 149
3.6. Поле симметричного конфокального резонатора (с квад-
квадратными зеркалами) . 150
3.6.1. Общее уравнение . . . '50
3.6.2. Синфазные поверхности 151
3.6.3. Изменение диаметра пучка вдоль оптической оси . 152
3.6.4. Расходимость излучения конфокального резонатора 153
3.7. Разъюстырованный конфокальный резонатор . . . .155
-3.8. Неконфокальные резонаторы . . 158
3.8.1. Эквивалентный конфокальный резонатор . . 160
3.8.2. Частотный спектр и дифракционные потери . .162
3.8.3. Анализ зависимости размеров пятен на зеркалах
неконфокального резонатора от его геометрии . 164
3.8.4. Расходимость излучения иеконфокального резона-
тора 66
3.8.5. Разъюстированный неконфокальный резонатор . •»'
.9. Преобразование лазерного излучения оптической системой 169
3.9.1. Матричный метод ... . . . '69
3.9.2. Метод геометрической оптики 1''
3.9.3. Об аберрационном расчете оптических систем пре-
преобразования лазерного излучения .... 185
-3.10. Селекция типов колебаний в оптических резонаторах . Ь°
3.10.1. Селекция поперечных типов колебаний . 189
3.10.2. Селекция продольных типов колебаний . . 192

3.11. Кольцевые резонаторы . . . 197
3.12. Неустойчивые резонаторы . 198
ГЛАВА 4. .СТАЦИОНАРНЫЕ РЕЖИМЫ ГЕНЕРАЦИИ 203
4 1. Плотность энергии в линейном резонаторе и выходная
мощность лазера . . 204
4.2. Стационарная генерация при однородном уширении спек-
спектральной линии рабочего перехода ... . . 207
4.2.1. Модель активной среды и метод решения . . . 207
4.2.2. Выходная мощность лазера и оптимизация коэффи-
коэффициента связи резонатора с внешним пространством 211
4.2.3. Удельная мощность и параметр насыщения — ком-
комплексные характеристики активной среды лазера и
лазерного усилителя . .... 212
4.3. Одночастотная генерация при неоднородном уширении
спектральной линии рабочего перехода 214
4.4. Многочастотная стационарная генерация при неоднород-
неоднородном уширении рабочего перехода ... . 219
4.4.1 Случаи многочастотной генерации . ... 219
4.4.2. Многочастотная генерация при слабом перекрытии
провалов 221
4.4.3. Многочастотная генерация при сильном перекрытии
провалов . 225
4.5. Методика пересчета выходной мощности лазера . . 228
ГЛАВА 5. НЕСТАЦИОНАРНЫЕ ПРОЦЕССЫ ЛАЗЕРОВ . 230
5.1. Случаи нестационарной генерации в лазерах . 231
5.1.1. Плавное развитие свободной генерации 232'
5.1.2. Пички при начале свободной генерации 234
5.2. Задержка генерации после включения накачки . 236-
5.3. Плавное развитие генерации 240
5.3.1. Плавное развитие генерации при однородном уши-
уширении . ... ... 243
5.3.2. Плавное развитие генерации при неоднородном
уширении рабочего перехода . 247
5.4. Пичковая генерация ... . 251
5.5. Генерация гигантского импульса . 5
5 5.1. Режим включения усиления . . 256
5.5.2. Уменьшение потерь резонатора . . 257
5.5.3. Генерация гигантского импульса в режиме вклю-
включения добротности 259
5.5.4. Генерация гигантского импульса при переключении
добротности . . . 260
5.6. Основные параметры излучения лазера при квазимгновен-
квазимгновенном выключении потерь . ' ок!
5.6.1. Исходные уравнения и их решение "А
5.6.2. Пиковая мощность .... 2°^
5.6 3. Энергия гигантского импульса 2°°
5.6.4. Эффективная длительность гигантского импульса 2Ь9
5.7. Форма гигантского импульса . . - 272
5.8. Генерация гигантского импульса в лазерах с немгновен-
немгновенным включением добротности .281
5.8.1. Лазер с самопросветляющимся затвором 281
5.8.2. Лазеры с оптико-механическим затвором 287

5.9. Генерация пикосекундных импульсов при синхронизации
мод ... 288
5.9.1. Полуколичественный анализ процесса генерации пи-
пикосекундных импульсов 290
5.9.2. Технические пути осуществления режима синхрони-
синхронизации мод ... . . . . 292
ГЛАВА 6. МЕТОДЫ УПРАВЛЕНИЯ ПАРАМЕТРАМИ ЛАЗЕРНОГО „__
ИЗЛУЧЕНИЯ ..... . 298
€.1. Основные параметры лазерного излучения и характеристи-
характеристики устройств управления параметрами лазерного излучения 298
6.2. Методы модуляции и сканирования: классификация, срав-
сравнительный анализ . 302
€.3. Оптические анизотропные среды: основные свойства, эле-
элементы прикладной теории 307
5.4. Электрооптический эффект и его применение для управле-
управления параметрами лазерного излучения . . 314
€.5. Акустооптические методы управления параметрами лазер-
лазерного излучения ... 3
6.5.1. Дифракция Рамана — Ната . . ... 327
6.5.2. Брегговская дифракция « 329
•6.6. Оптические модуляторы на основе эффекта Фарадея . 336
¦6.7. Внутренняя модуляция параметров лазерного излучения 338
ГЛАВА 7. ИНФОРМАЦИОННЫЕ ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННЫЕ КВАНТО- „._
ВЫЕ ПРИБОРЫ ... ... ^45
7.1. Сравнительный анализ физических моделей ОЭКП связи
и локации ; 346
7.2. Особенности распространения лазерного излучения в ат-
атмосфере . . . 351
7.3. Шумы при приеме оптического излучения .... 357
7.4. Сравнительный анализ фотоприемников информационных
ОЭКП . . 364
7.5. ОЭКП локационного назначения 367
7.6. Лазерные доплеровские измерители скорости (ЛДИС) . 374
7.7. Лазерные системы связи 377
7.7.1. Системы оптической связи с аналоговой модуляцией
на поднесущей частоте 381
7.7.2. Система связи с КИМ модуляцией по интенсивности
(амплитуде) 382
7.7.3. Оптическая система связи с кодово-импульсной мо-
модуляцией по поляризации ЦКИМ— ПМ) . . . 384
ГЛАВА 8. ОЭКП В НАВИГАЦИИ, ТЕХНОЛОГИИ И СИСТЕМАХ „о„
ОТОБРАЖЕНИЯ ИНФОРМАЦИИ • ... 86
8.1. Лазерный измеритель угловой скорости 386
¦8.2. Основы проектирования ОЭКП для технологических целей 394
8.2.1. Физические основы лазерной технологии . . . 395
8.2.2. Выбор типа лазера. Структурные схемы ОЭКП тех-
технологического назначения 400
8.3. Лазеры со стабилизированными частотными характеристи-
характеристиками ... 406
¦8.4. Основы голографии .... . . . 412
8.5. Оптическая обработка информации 437
Список литературы . 447
Предметный указатель .... 451

ПРЕДМЕТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ
Аберрации 186
Активаторы 53
Активная синхронизация 293
Активные среды 7, 45, 51, 65, 75,
86, 100, 107. 207
Акустическая среда 333
Беннета провал 214
Больцмана закон 44
Бугера закон 30. 41
Взаимная функция когерентности
волнового поля 34
Взаимодействие вещества с излу-
излучением 40
Вещество матрицы 53
Внешняя селекция продольных
мод 193 „
Внутренняя селекция продольных
мод 193
Возбуждение полупроводников 106
Время и длина когерентности 35
Газовые разряды 76, 78
Гейзенберга соотношение неопре-
неопределенностей 28
— многочастотная 251
— одночастотная 247
— пичковая 251
— пнкосекундных импульсов 288
290, 295
— сверхлюмннесцентиого излуче-
излучения в лазере 9
Гигантский нмпульс 255—288
Голограммы Денисюка 417—429
Голограммная оптика 432
Голография 412
Голографические ЗУ 433
Голографический микроскоп 430
Гранаты 74
Гюйгенса — Френеля принцип 123
Дальность действия локатора 368
Дефлекторы 371
Деформация гауссового пучка лин-
линзой 182
Диаграмма низших колебательных
состояний молекулы 92
Дифракционная эффективность 425
Дифракционные потери в* резона
торе 148
Дифракция Брегга 329
— волн на открытом конце волно-
волновода 127
— Рамана — Ната 327
Добротность 116
Допуски на разъюстнровку зеркал
резонатора НО
Дробовой шум 359
Зависимость потерь мощности и
фазового сдвига от числа Фре-
Френеля 137
«Запрещенные> зоны 162
Затвбры 259, 267, 342
Излучение в веществе 40
Импульсные газовые разряды 77
Инверсная населенность 52, 67, 75,
85, 104, 109, 238
Индикатрис эллипсондальность 309
Интенсивность обратного рассея-
рассеяния 361
Интерферометр 115, 344
Квазиуровень Ферми 102
Квантовая система 59, 62
Квантовая теория излучения 15
Квантовых систем вероятностный
анализ 36
Когерентность излучения 33
Кодово-нмпульсная модуляция по
интенсивности 382
Комплексный параметр кривиз-
кривизны 177
Коэффициенты отражения метал-
металлов 395
— поглощения н потерь 41
— Эништейна 18, 19
Лазер, генерирующий одиночный
импульс 297
—, в котором активная среда за-
заполняет весь резонатор 241
— с пассивной синхронизацией 297
— с самопросветляющимся затво-
затвором 281
— с фототртопным затвором 283
Лазерная технология 395
Лазерного пучка аберрационные
искажения 186
— — изменения расходимости 184
преобразования 178, 182, 184
Лазерное излучение 169, 175, 261,
293, 324, 338, 341, 351, 396
Лазерные системы связи 377
— усилители 50
— установки 405
Лазерный измеритель угловой ско-
скорости 386
— локатор 347
ЛДИС (лазерные доплеровские
измерители скорости) 374
Лазеры 5, 7, 400
— с автоматической подстрой-
подстройкой частоты 412
— с внутрирезонаторной модуля-
модуляцией частоты излучения 344
— выходная мощность 204, 211, 228
— газовые 12, 76
— гелнй-неоновые 87
— импульсные 11
— инжекционные с р—«-перехо-
р—«-переходом 108
— на ионизированном аргоне 96
— нестационарные процессы 230
— с оптнко-механическим затвором
287
— переходные процессы 236
— с периодической модуляцией по-
потерь 338
— полупроводниковые 12
— их преимущество перед класси-
классическими источниками излуче-
излучения 33
— «пулеметные» 11
— на самоограннченных перехо-
переходах 85
— со стабилизированными частот-
частотными характеристиками 406
— структурная схема 50
— твердотельные Ц
— на углекислом газе 91
— удельная мощность 212
— химические 84
— энергетические характеристи-
характеристики 372
45»

Матричный метод расчета в опти-
оптике 169
Матрицы преобразования лучей 170
Метастабнльные состояния 20
Метод геометрической оптики 177
— голографнческой интерферомет-
интерферометрии 436
— сенсибилизации 75
Миогочастотная генерация 219, 221,
225
Модуляторы на основе внутренне-
внутреннего напряжения 343
Монохроматичность излучения 32
Населенности энергетических уров-
уровней 61
Нелинейная оптика 41
Неоптическне переходы 36
Номограмма расчета лазера 402
Объемные резонаторы 111
Одноканальные дефлекторы 304
Оптическая накачка 82, 105
— обработка информации 437, 443
~- установка «Квант-9» 404
Оптические анизотропные ере-»
ды 307
— модуляторы 302, 336
— приемники прямого усиления 365
— приемные антенны 348
Оптическое возбуждение газообраз-
газообразных сред 82
— излучение 357
Открытые резонаторы 112
Относительный оптимальный коэф-
коэффициент связи 211
Отражательная способность объ-
объекта 350
Отрицательная температура 45
Отрицательный коэффициент по-
поглощения 44
ОЭКП (оптико электронные кван-
квантовые приборы) 3, 345, 358, 385
— локационного назначения 367
— в навигации 386
— структурная схема 12, 400
— технологические 394
Пнковая мощность 262
Плавное развитие генерации 243,
247
Плоские голограммы 415
Полуволновое напряжение 318
Полупроводники 102
Правила отбора 20
Предельный поток в активной сре-
среде 48
Преобразование Фурье в оптиче-
оптической системе 438
Примесный полупроводник «-ти-
«-типа 103
Продольные (аксиальные) индек-
индексы 114
Пространственная фильтрация 441
Процесс ударной ионизации 81
Процессы в газовых средах 79
Прямое электронное возбужде-
возбуждение 78
Распределение поля на зеркалах
135—144
Резонатора частотные характери-
характеристики 114
Резонатор кольцевой 119, 197
— конфокальный 118, 144—160
— лазера с синхронизированными
моделями 291
— линейный 204
— многочастотного лазера 291
— неконфокальный 119, 158, 166
— плоский 117, 134, 140, 191
— полусферический 119
Резонаторы, матричное описание 174
— неустойчивые 198
— оптические 7, 111, 117, 134, 188
— селекция продольных мод 194
¦— сложные 195
— телескопические 203
— уменьшение потерь 257
— Фокса — Смита 195
— частотный спектр 139
Рубин 65. 69, 237
Селекция 189—192
Скалярная теория дифракции 127
Смешанное уширение 218
Спектральная зависимость аэро-
аэрозольного ослабления 354
Спектральные коэффициенты Эйн-
Эйнштейна 32
Спектральных линий уширенне 30,
214
самообращение 30
ширина 21—44
Спектр поглощения атмосферы 352
Стационарная генерация 61, 207
Стационарные газовые разряды 77
— режимы генерации 203, 228
Стекла для лазеров, активирован-
активированных неодимом 54, 70, 72
Степень когерентности 36
Стоячая акустическая волна 328
Ступенчатое электронное возбуж-
возбуждение 78
Сегнетоэлектрические неровности
322
Синхронизация продольных мод 293
Точность определения дальности и
угловых .координат 568, 369
Ударная дезактивация 81
Упругость насыщенных паров 354
Фарадея эффект 336
Фотодетекторы 357
Фотодиссоциацня молекул 83
Фотоприемники информационных
ОЭКП 364
Цифровые методы модуляции 378
СО2 усилитель 96
Частотная модуляция внутрирезо-
наторная 343
Шум 361
Электрооптический эффект 314
ЭПР (эффективная поверхность
рассеяния) 350
Эффект просветления 106
Явление насыщения усиления 10
Яркость фона источников ЗЬ2