Numéro
J. Physique Lett.
Volume 45, Numéro 13, juillet 1984
Page(s) 653 - 663
DOI https://doi.org/10.1051/jphyslet:019840045013065300
J. Physique Lett. 45, 653-663 (1984)
DOI: 10.1051/jphyslet:019840045013065300

Line shapes of a « sensitive » laser

G. Stephan et M. Trümper

Laboratoire de Spectroscopie, Université de Rennes, Avenue du Général Leclerc, 35042 Rennes Cedex, France


Abstract
Inhomogeneities of population and saturation are responsible for lens effects in gas lasers. They give rise to an asymmetric Lamb dip. Generally, one of these inhomogeneities is predominant and thus determines the sense of the asymmetry. However, since the two kinds of inhomogeneities are modified by the geometric parameters, it may happen that they give lens effects of the same magnitude, but of opposite sign. In such a case of competing effects which cancel each other, the line shape may vary strongly when a parameter is changed. A laser of this kind will be called « sensitive ». In this paper we use as an example a quasi-hemispheric He-Ne laser whose length (57 cm) is almost equal to the radius of curvature (60 cm) of the concave mirror. We show experimentally that the sense of the asymmetry may be changed by the discharge current and that the line shape also depends on the diameter of the diaphragm. This behaviour reveals the competition between the two effects. We numerically calculate the line shapes by using methods which we have developed recently. Qualitatively, we find these results in excellent agreement with the experiments.


Résumé
Les inhomogénéités de saturation et de population sont à l'origine d'effets de lentille dans les lasers à gaz. Ceci a pour conséquence de donner un Lamb dip dissymétrique. En général, l'une des inhomogénéités est prédominante et c'est elle qui fixe le sens de cette dissymétrie. Cependant, les paramètres géométriques du laser modifient les inhomogénéités et il peut arriver qu'elles soient du même ordre de grandeur et de signe opposé ; elles entrent alors en compétition et la forme de raie peut varier beaucoup pour un faible changement d'un paramètre. Nous appelons un tel laser un laser « sensible ». Dans cet article, nous donnons l'exemple d'un laser quasi hémisphérique à He-Ne dont la longueur (57 cm) est presque égale au rayon de courbure du miroir concave (60 cm). Nous montrons expérimentalement que le sens de la dissymétrie peut s'inverser avec le courant de décharge et que la forme de raie dépend aussi du diamètre du diaphragme. Ceci est révélateur des deux effets en compétition. Nous calculons théoriquement les formes de raies en utilisant des méthodes précédemment mises au point et nous constatons un excellent accord qualitatif avec l'expérience.

PACS
4255F - Inert gas lasers.
4255H - Lasing action in other gas lasers.
4260H - Laser beam characteristics and interactions.
4320C - Gas lasers.

Key words
gas lasers -- helium -- Lamb shift -- neon -- sensitive laser -- diaphragm diameter -- population inhomogeneities -- saturation inhomogeneities -- lens effects -- gas lasers -- asymmetric Lamp dip -- He Ne laser -- discharge current -- line shapes