Московский энергетический институт (Технический университет) Кафедра «Электронные приборы» методические указания

к расчетному заданию по курсу

"Квантовые и оптоэлектронные приборы и устройства ".

(учебный план 2003г, индекс СД07)

Москва, 2005г.

Аннотация

Расчетное задание проводится с целью лучшего усвоения материала лекционного курса и интенсификации самостоятельной работы студентов.

Тематика расчетного задания связана с определением параметров электромагнитного излучения оптического и инфракрасного диапазонов, применяемого в системах оптической обработки информации, волоконно-оптических линиях связи и интегрально-оптических устройствах.

На основе матричного описания систем оптических преобразований подлежат расчету следующие параметры пучка когерентного излучения, формируемого открытым резонатором:

• радиус кривизны волнового фронта в выходной плоскости;

• радиус сечения пучка в выходной плоскости;

• положение сечения перетяжки гауссова пучка;

• радиус пучка в сечении перетяжки;

• расходимость лазерного пучка в дальней зоне.

ВВЕДЕНИЕ.

Развитие лазерной техники привело к созданию приборов нового класса – оптико-электронных лазерных приборов. Из-за специфических особенностей лазерного излучения законы его распространения и взаимодействия с оптическими средами и деталями отличаются от законов, справедливых для некогерентного электромагнитного излучения. Эффективность же практического применения лазеров во многом зависит от того, насколько правильно учтены при расчете оптических систем свойства лазеров, как источников излучения.

Пространственная структура лазерного пучка формируется в лазерном резонаторе. Открытые оптические резонаторы - системы обращенных друг к другу отражающих оптических элементов, образующих одну или несколько связанных резонаторных полостей, в которых могут возбуждаться электромагнитные колебания оптического диапазона.

В качестве оптических элементов, составляющих резонатор, используются: зеркала (металлические или интерференционные), полупрозрачные пластины, призмы полного внутреннего отражения и, наконец, границы раздела сред с различным показателем преломления.

Оптические резонаторы являются неотъемлемой составной частью любого оптического квантового генератора (ОКГ). Они оказались почти идеальным устройством для создания положительной обратной связи в схеме ОКГ. Основным назначением оптического резонатора в схеме ОКГ является создание условий, при которых возникающее внутри него индуцированное излучение многократно проходит через активную среду, т.е. создание положительной обратной связи.

Свойства оптического резонатора существенейщим образом влияют на параметры генерируемого излучения, в значительной степени формируя его пространственно-частотные и энергетические характеристики.

Свойства открытого оптического резонатора определяются рядом его конструктивных особенностей и в первую очередь так называемой схемой резонатора (число и взаимное расположение оптических элементов, образующих резонатор).

В простейшем и наиболее часто встречающемся случае лазер­ный резонатор представляет собой два зеркала (плоских или сфе­рических), находящихся на общей оптической оси. Пучок света испытывает периодические отражения от зеркал. Зеркала частич­но пропускают свет, поэтому при каждом отражении часть свето­вой энергии выходит из резонатора, формируя выходящий пучок.

Оптическая схема резонатора.

Пространственная структура лазерного пучка.