Поляритонный Резонанс В Автомодуляции Асимметричного Состояния Сверхизлучающего Лазера

Abstract

Based on the numerical solution to the semiclassical Maxwell-Bloch equations in a one-dimensional model of a superradiant laser with a low-Q symmetric Fabry-Perot cavity, a comparative analysis of the spectrum of polariton modes of the linearized problem and the discrete spectrum of the of quasi-monochromatic generation with weak self-modulation under the condition of strong spontaneous mirror symmetry breaking of the counterpropagating electromagnetic waves, population inversion and polarization of an active medium is carried out. It is shown that the main frequencies of resonant self-modulation of a steady asymmetric superradiant phase state are close to the frequencies of polariton modes that are calculated in the linearized problem for the average level of the population inversion taken from the nonlinear problem and have small decay rates.

Структура И Особенности Автомодуляции Сверхизлучательных Состояний В Асимметричном Резонаторе Фабри-Перо

“…включают нелинейное взаимодействие волн и обогащение их спектра за счет известного эффекта рабиосцилляций инверсии населенностей (3) рабочих энергетических уровней активных центров с частотой [3,24,25]…”

“…Во-первых, при выравнивании коэффициентов отражения зеркал (ρ → 1) либо с увеличением длины лазера или уровня накачки (см. далее) неустойчивость возникает благодаря возбуждению дискретных поляритонных мод резонансными раби-осцилляциями активных центров, находящихся в области пика инверсии населенности под действием согласованного электромагнитного поля встречных волн; этот механизм динамического фазового перехода к автомодуляции с дискретным спектром рассмотрен в работах [3,4]. Во-вторых, при приближении к порогу лазерной генерации, а именно при уменьшении длины лазера или уровня накачки, неустойчивость сильно асимметричного стационарного состояния обусловливается динамическим фазовым переходом к импульсной сверхизлучательной генерации с квазинепрерывным спектром и почти симметричными средними по времени профилями встречных волн (что типично для сверхизлучающих лазеров с низкодобротным резонатором, в которых отдельные дискретные моды не играют ведущей роли (см.…”

“…Вопрос о характере автомодуляции сильно асимметричного сверхизлучательного состояния является весьма сложным и мало исследованным (еще менее исследована проблема динамического фазового перехода подобного состояния в режим импульсной сверхизлучательной генерации с квазинепрерывным спектром, являющийся почти симметричным в среднем по времени). Поэтому, используя рассмотренные примеры численных расчетов, в настоящем разделе ограничимся качественными замечаниями о работе механизма данной автомодуляции с участием не только поляритонных мод (обсуждавшемся ранее [3,4]), но и электромагнитных мод резонатора. Последние для интересующей нас инвертированной активной среды сверхизлучающего лазера имеют значительно большие отстройки по частоте от основной моды (строго резонансной активным центрам), чем поляритонные моды (о спектре мод см., например, работы [1, 3,22,26,27]).…”

“…Поэтому, используя рассмотренные примеры численных расчетов, в настоящем разделе ограничимся качественными замечаниями о работе механизма данной автомодуляции с участием не только поляритонных мод (обсуждавшемся ранее [3,4]), но и электромагнитных мод резонатора. Последние для интересующей нас инвертированной активной среды сверхизлучающего лазера имеют значительно большие отстройки по частоте от основной моды (строго резонансной активным центрам), чем поляритонные моды (о спектре мод см., например, работы [1, 3,22,26,27]). Следовательно, согласно уравнению Блоха для поляризации среды (6), возбуждение тех или других " боковых" мод за счет резонансных им колебаний дипольных моментов активных центров (играющих роль резонансных источников тока) обусловлено нелинейными процессами в разных частях лазера.…”