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Titolo: Laser e modi longitudinali

 
Qualcuno potrebbe spegarmi come si fa, ragionando sulla lunghezza lineare della cavità risonante, a stabilire l'oscillazione di un modo longitudinale?
 
Non riesco a comprendere il seguente concetto:
 
 
 
"per isolare un singolo modo longitudinale si possono usare lunghezze di risonatore 'd' così piccole per cui se un modo coincide con il centro della riga, il successivo risulti così spostato in frequenza da cadere praticamente fuori della riga di guadagno. Tale metodo può essere usato efficacemente solo con dei laser le cui larghezze di riga siano, al massimo, di qualche GHz: in questo caso bastano lunghezze di risonatore non superiori a qualche centimetro".


Se guardi l'equazione per le frequenze dei modi longitudinali, ti rendi 
conto che la separazione dei modi e' inversamente proporzionale alla 
lunghezza della cavita'. Se la larghezza della riga di guadagno non e' 
troppo grande (e nella frase da te citata c'e' scritto anche quanto 
grande, un paio di GHz, non lo ho controllato ma a spanne la cosa ha 
senso, perche' una cavita' vuota di 15 cm ha un tempo di percorrenza in 
andata e ritorno di 1 ns e la separazione in frequenza e' data 
dall'inverso del tempo di percorrenza) allora per una cavita' di un paio 
di centimetri solo un modo puo' cadere all'interno della riga di guadagno.
 
Mi rendo conto di avere quasi solo parafrasato il testo da te citato, ma 
magari spiega meglio cosa non capisci.
 
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 fuori della riga di guadagno. Tale metodo puï¿œ essere usato efficacemente solo 



 
 
Posso sbagliarmi, ma secondo me se ti interessa discriminare tra due 
lunghezze d'onda che distano fra loro 100 nm il metodo giusto non e' con 
la lunghezza della cavita', tieni conto che con una cavita' di 15 cm i 
modi sono separati di 1 GHz ... nulla a che vedere con le centinaia di 
THz che separano 400 e 500 nm :-) (non ho fatto i conti ma dovrei avere 
circa indovinato, se ho sbagliato e'per difetto!).
La cavita' dovrebbe essere lunga forse un paio di micron al massimo :-)
 
Piuttosto per sopprimere l'azione laser in un modo a 500 nm e 
permetterla a 400 nm puoi mettere dentro la cavita' un filtro di 
frequenza che sia trasparente per 400 nm e non lasci passare i 500 nm; 
potrebbe essere facilmente un prisma che indirizzi la radiazione a 400 
nm verso lo specchio che delimita la cavita' e invece i 500 nm in 
un'altra direzione cosi' che il necessario feedback esista solo per la 
luce a 400 nm.
 
Eccoti uno sketch, che ho trovato sul sito web 
http://www.worldoflasers.com/lasertypes-gas.htm
 
 
http://www.worldoflasers.com/images/argon-ion-schematic.png
 
 
Ruotando il prisma che vedi in figura puoi selezionare diverse linee del 
laser ad Argon (blu, verde, violetto dovrebbero esserci,non mi ricordo 
esattamente quali siano ma con Google le trovi facilmente)


"studioso di fisica" ha scritto:
 > Vado con ordine: io ho studiato che la popolazione N2 eccitata pu�
 > trovarsi su dei livelli che sono allargati e quindi, in realt�, i
 > salti energetici tra E2 (stato eccitato) ed E1 (stato energeticamente
 > inferiore) possono generare fotoni con frequenze diverse.
Io direi diversamente.
Se il livello E2 � "allargato", vuol dire che non ha un'energia
esattamente definita.
Allora lo stesso accadr� per un fotone emesso.
Non devi credere che i fotoni abbiano *sempre* energia definita!
 
 > Ora, se suppongo che il mio materiale possa emettere un gruppo di
 > fotoni che hanno lunghezza d'onda di circa 400nm (cio� il materiale
 > emette/assorbe un pacchetto pi� o meno ristretto di frequenze a
 > cavallo di 400nm) ed un gruppo di fotoni che hanno lunghezza d'onda di
 > circa 500nm (idem come prima) come faccio a progettare la lunghezza
 > della cavit� per avere un larer a 400nm e non a 500nm (o viceversa)?
Premesso che di laser so pochissimo, e di tecniche sperimentali di
ottica ancora meno, secondo me si pu� fare.
 
Facciamo il tuo caso concreto: due righe risp. di 400 e 500 nm, ossia
750 e 600 THz.
Aggiungiamo una larghezza, poniamo, di 1 GHz.
Dico che ce la fai con una cavit� lunga circa 3 cm, che ha modi
longitudinali di frequenze multiple di 5 GHz.
 
Se la cavit� � lunga esattamente 3 cm, la sua 120000-ma armonica �
proprio a 600 THz, e la 150000-ma a 750 THz, quindi non va bene.
Ma aumenta un pochino la lunghezza, in modo che sia l'armonica 120002
a risuonare a 600 THz: significa che la frequenza della fondamentale
sar� 4.999917 GHz. L'armonica 150002 sar� a 749997.5 GHz e la 150003 a
750002.5, entrambe fuori della riga a 750 THz.
Viceversa, se fai in modo che l'armonica 150002 risuoni a 750 THz, la
120001 sar� a 599997 GHz e la 120002 a 600002 GHz: entrambe fuori
della riga a 600 THz.
 
Per far questo occorre un aggiustamento micrometrico della lunghezza
della cavit�: per portare a risuonare la 120002 a 600 THz la lunghezza
deve esseere 3.000050 cm; la 120001 risuona a 3.000025 cm, con una
differenza di 0.25 um, e lo stesso vale per gli altri casi.
E' questo che non so di preciso, ma a naso aggiustamenti cos� fini
dovrebbero esere possibili.
 
Naturalmente � critica la larghezza della riga: se � maggiore di 1 GHz
la cavit� deve essere pi� corta in proporzione, che pu� diventare
proibitivo.
Se invece la larghezza � minore, tanto meglio.
-- 
Elio Fabri