1.2
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.
Рис.5. Поперечная корреляционная функция моды нулевого порядка
При измерении поперечных
корреляционных функций одномодовых лазерных пучков обнаруживается слабое
отличие пространственной когерентности от полной. 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 значения ïg(s)ï 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 r(r) определяет регулярный профиль пучка, m(r) – случайный
коэффициент амплитудной модуляции, j(r) – флуктуирующая фаза, причем 
.
В соответствии с этим нормированная поперечная корреляционная функция равна
.
Здесь Dj(s) = j(r+s) - j(r) и
gm(s) = < m(r) m(r + s) >/< m2 >.
Далее предположим, что
,
где 
- коэффициент поперечной диффузии фазы. Для смещений s таких, что 
, с учетом 
выражение для
нормированной поперечной корреляционной функции преобразуется к виду
.
Отсюда следует, что
.
Обработка экспериментальных данных для нормированной поперечной корреляционной функции низшей моды гелий-неонового лазера, в соответствии с рассмотренной моделью, дает
.
С поперечным коэффициентом диффузии фазы 
можно связать
естественную угловую расходимость Dqe;
.
Это значение существенно меньше
дифракционной расходимости лазерных пучков
(а – радиус пучка).
