Полусферические о.Р.

Рисунок 4.12.

На практике часто используются, так называемые полусферические резонаторы, у которых одно зеркало плоское, второе сферическое.

Структура поля собственных колебаний в полусферическом резонаторе такая же, как в резонаторе со сферическими зеркалами одинаковой кривизны и расположенными на расстоянии 2L друг от друга.

Сферический резонатор, у которого центр кривизны сферического зеркала совпадает с осевой точкой плоского зеркала, называют полуконцентрическим.

Рисунок 4.13. Полуконцентрический О.Р.

Полусферический резонатор, у которого фокус сферического зеркала лежит в плоскости зеркала, называют полуконфокальным.

Рисунок 4.14. Полуконфокальный О.Р.

Полусферические О.Р. могут быть как устойчивыми, так и неустойчивыми (за исключением полуконцентрического, который находится на грани устойчивости).

Для устойчивых О.Р. данного типа шейка (перетяжка) лежит на плоском зеркале и радиус пучка в самом узком месте:

. (4.19)

Радиус шейки на вогнутом зеркале:

. (4.20)

О.Р.-ры должны выбираться с учетом активной среды. Здесь принимаются во внимание допустимые потери, диаметр активного элемента (или диагональ), длина активного элемента, оптическая сила.

По отношению к активному элементу (А.Э.) длиной L_А.Э. О.Р. может быть внешним (L > L_А.Э.) и внутренним (L  L_А.Э.).

В последнем случае зеркала располагаются на торцах А.Э. В зависимости от типа и конструктивных особенностей лазера превышение L над L_А.Э для Т.Т.Л. может составлять 50...300%, т.е. = 1,5...3,0.

Неустойчивый резонатор с конфокальной системой зеркал

В некоторых случаях предпочтительно использовать неустойчивые О.Р. Последние обеспечивают эффективное взаимодействие излучения с активной средой большого диаметра.

Рисунок 4.15. Неустойчивый О.Р.: 1, 2 — зеркала; 3 — активный элемент; 4 — излучение.

Такой О.Р. не сжимает пучок к оптической оси, и весь объем активной среды может участвовать в процессе генерации излучения.

Вариантом неустойчивого О.Р., используемого в лазерной технике, является телескопический конфокальный резонатор, у которого r₁ – r₂ = 2L.

Световой пучок на выходе такого О.Р. имеет кольцеобразное сечение.

Этот О.Р. имеет преимущество по сравнению с устойчивым О.Р., если активная среда имеет высокое усиление и является высокооднородной по всему объему.

При этом:

— возможно выведение большой мощности (при большом диаметре и малой длине активного элемента);

— устойчивой является только одна продольная мода;

— более эффективно использование активной среды по объему.

Резонатор такого типа бывает единственно приемлемым, если отсутствуют пригодные материалы для резонансной длины волны.

Предпосылкой для применения данного типа резонатора является условие:

. (4.21)

Длина резонатора выбирается из соотношения

. (4.22)

При этом линейное увеличение О.Р.:

. (4.23)

Радиусы кривизны зеркал определяются из соотношений

; (4.24)

. (4.25)

Значение является выражением конфокальности О.Р.

При этом радиусы зеркал должны быть:

; . (4.26)

Тогда для дифракционных и геометрических потерь справедливо следующее соотношение

. (4.27)

При выборе радиусов кривизны зеркал следует учитывать, что их величины нормализованы и на практике составляют 0,5; 1,0; 1,5; 2,0; 5,0 и 10,0 м.