Предельная пространственная когерентность излучения одномодового лазера

Присутствующее в лазере спонтанное излучение приводит к естественным флуктуациям амплитуды и фазы лазерного поля. Однако спонтанное излучение некоррелировано не только во времени, но и в пространстве. Поэтому оно неизбежно вызывает и естественные пространственные флуктуации амплитуды и фазы лазерных пучков.

В надпороговом режиме работы лазера естественные флуктуации лазерных пучков в пространстве и во времени являются слабыми.

В отличие от частотного спектра, угловой спектр, связанный с естественными пространственными флуктуациями лазерных параметров, не удается измерить непосредственно, поскольку он "маскируется" более сильной - дифракционной.

При измерении поперечных корреляционных функций одномодовых лазерных пучков обнаруживается слабое отличие пространственной когерентности от полной (рис. 7.7). Эти отличия вызываются спонтанным излучением. При увеличении мощности излучения He-Ne лазера степень пространственной когерентности растет.

Для точек, в которых интенсивность составляет 1×10^-1 и 1×10^-3 максимальной величины экспериментально полученные значения |γ(s)| равны 0,9991 ± 1×10^-4 и 0,998 ± 1×10^-3. Для интерпретации полученных данных рассмотрим следующую модель. Представим поле излучения одномодового лазера выше порога генерации в виде

где амплитуда ρ(r) определяет регулярный профиль пучка,

m(r) – случайный коэффициент амплитудной модуляции,

ϕ(r) – флуктуирующая фаза, причем .

В соответствии с этим нормированная поперечная корреляционная функция равна

Экспериментальные измерения степени пространственной когерентности излучения лазера, работающего в одномодовом режиме были выполнены на разных длинах волн и разных поперечных модах и подтверждают предложенную модель.

В ранних работах была измерена пространственная когерентность излучения лазера, работающего на одной из трех мод ТЕМ₀₀, ТЕМ₁₀, ТЕМ₃₀.

Одним из источников погрешности в данном случае являлся конечный размер диафрагмы фотоприемника (0,3 мм). Степень когерентности рассчитывалась по известной формуле

Как следует из приведенных результатов степень когерентности в пределах одной моды практически равна единице независимо от порядка моды

.