Конфокальный резонатор.

Рисунок 4.9. Конфокальный резонатор: 1, 2 — сферические зеркала.

Конфокальным называется резонатор, образованный двумя сферическими отражающими поверхностями, фокусы которых совпадают.

. (4.12)

Поверхность, внутри которой сосредоточенна основная энергия моды, называется каустикой.

Поперечные размеры конфокального резонатора определяются кривизной зеркал, расстоянием между ними, а также индексами моды.

В конфокальном резонаторе поле сильнее сконцентрировано у оси зеркал и спадает на краях до гораздо меньшей величины, чем в резонаторе с плоскими зеркалами. Поэтому дифракционные потери в таком резонаторе на несколько порядков меньше, чем в плоском.

Конфокальный О.Р. может быть как устойчивым, так и неустойчивым. На грани устойчивости находится так называемый симметричный конфокальный резонатор, для которого r₁ = r₂ = r = L.

Рисунок 4.10. Симметричный конфокальный резонатор.

У устойчивого конфокального резонатора шейка (перетяжка) пучка лежит в середине резонатора и имеет радиус:

. (4.13)

В месте расположения зеркала радиус лазерного луча равен:

. (4.14)

Для полного формирования мод необходимо обеспечить

. (4.15)

Здесь — радиусы зеркал.

Так как поле конфокального резонатора сконцентрировано у оптической оси, то объем активного вещества здесь может быть уменьшен.

Пороговая мощность накачки в конфокальном резонаторе при равных добротностях Q намного меньше чем в плоском.

В плоском О.Р. отражающие поверхности должны быть строго параллельны. В конфокальном достаточно, чтобы оптическая ось резонатора совпадала с оптической осью активного стержня и пересекала зеркала близко к центру.

Недостатки:

— при небольшом нарушении конфокальной конфигурации (за счет смещения вдоль оси одного из зеркал), или нарушении геометрии зеркал, резко возрастает коэффициент дифракционных потерь;

— ограниченный объем активной среды не позволяет получать большие мощности излучения;

— значительными потерями обладают несимметричные конфокальные резонаторы.

Неконфокальный резонатор (резонатор произвольной формы).

Рисунок 4.11. Неконфокальный О.Р: 1, 2 — зеркала.

Для данного типа резонатора .

Резонатор может быть устойчивым и неустойчивым.

Концентрический О.Р., у которого кривизна зеркал одинакова и равна r₁ = = r₂ = L (рис. 4.11, в), находится на грани устойчивости.

Резонатор, у которого кривизна зеркал совпадает, r₁ + r₂ = L (рис. 4.11, г), называется концентрическим.

Никаких общих свойств этих О.Р. отметить нельзя. Эти О.Р. могут быть как с большими потерями, так и с малыми.

Для устойчивых О.Р., у которых r₁  r₂, местоположение перетяжки определяют из соотношения

. (4.16)

Расстояние t отсчитывается от зеркала 1, причем t считается положительным в направлении к зеркалу 2 Р. Если t отрицательно, то тогда наименьшее поперечное сечение пучка расположено на расстоянии t от зеркала 1, вне резонатора. Таким образом, перетяжка лежит уже не в центре О.Р. при любых r₁   r₂.

Радиус перетяжки (шейки) равен:

. (4.17)

Радиус пучка на зеркалах достигает:

. (4.18)

Для полного формирования мод: .