Резонатори квантових приладів
Оптичні резонатори
У лазерній техніці застосовують резонатори із плоского й сферичного дзеркал: напівконфокальний резонатор, у якого
і напівконцентричний резонатор, у якого
Схеми напівконфокального (а) та напівсферичного (б) резонаторів.
Резонатори квантових приладів Оптичні резонатори
У загальному випадку, резонатори з одним плоским дзеркалом, як і розглянуті вище узагальні сферічні резонатори, можна дослідити за допомогою наближення геометричної оптики. Так, власні частоти визначаються
радіус перетяжки, яка знаходиться на плоскому дзеркалі визначається за:
а на сферичному увігнутому дзеркалі радіус приймає значення:
Резонатори квантових приладів
Оптичні резонаториВтрати в оптичному резонаторі. Стійкість резонатора.
Дифракційні втрати.
При багаторазовому відбитті електромагнітної хвилі від дзеркал, що мають кінцеві розміри, виникають дифракційні втрати. Вони неминуче виникають при відбитті плоскої хвилі від дзеркала. В результаті відбувається розповсюдження хвилі в межах деякого малого кута difr. Тому частина енергії, яка залежить від difr і амплітуди хвилі на краю дзеркала, буде втрачатись при кожному віддзеркаленні.
Тільки дифракційні втрати залежать від поперечного розподілу поля. Вони зростають із збільшенням поперечних індексів m і n.
Резонатори квантових приладів
Оптичні резонатори
Дифракційні втрати пов'язані з дифракцією електромагнітної хвилі на дзеркалах резонатора, що мають кінцеві розміри.
Дифракційні втрати визначаються відношенням NF=a2/(λL).
Чим менше поперечні розміри а дзеркала, тим більше дифракційні втрати.
Дифракційні втрати залежать також від типу коливань. Вони мінімальні для аксіальних ТЕМ00-мод і зростають із збільшенням індексів тип моди.
Це використовують для селекції неаксіальних мод в резонаторах.
Резонатори квантових приладів
Оптичні резонатори
Діаграма стійкості резонаторів.
Резонатори квантових приладів Оптичні резонатори
Втрати за рахунок недосконалості дзеркал.
Обумовлені можливим поглинанням у дзеркалах, розсіянням на шороховатостях, відхиленням геометрії дзеркала від заданої і т.д.
Для їх виключення до дзеркал резонатора пред'являються виключно високі вимоги. Зокрема, обробка поверхні дзеркала повинна проводитися з погрішністю ~0,1 λ.
Корисними втратами, що виникають при виводі частини випромінювання скрізь напівпрозоре дзеркало назовні.
Враховуючи жорсткі допуски до юстування, суттєвими стають ефекти пов'язані із термопружніми напруженнями, що можуть привести до локального теплового розширення дзеркал резонатора під дією лазерного променя.
Резонатори квантових приладів Оптичні резонатори
Втрати за рахунок недосконалості дзеркал.
Неможливість в окремих випадках забезпечення коефіцієнтів віддзеркалення дзеркал що є майже рівними 1.
Структура та схема роботи багатошарового інтерференційного дзеркала.
Резонатори квантових приладів Оптичні резонатори
Втрати на роз'юстування резонатора.
Для того, щоб система з двох дзеркал володіла резонансними властивостями, необхідна дуже точна їх орієнтація відносно один одного.
Зокрема, в плоскому резонаторі віддзеркалювальні поверхні двох плоских дзеркал повинні бути строго паралельні
один одному. |
|
|
Для |
виконання цієї вимоги дзеркала резонатора дуже |
|
точно настроюють (юстирують). |
|
|
Кут |
між площинами дзеркал, |
називається кутом |
роз'юстування і зазвичай не винен перевищувати декілька кутових секунд.
Резонатори квантових приладів Оптичні резонатори
Втрати в активній речовині.
Вони обумовлені поглинанням і розсіюванням енергії на різних дефектах в активному середовищі, що заповнює резонатор. Ослаблення за один прохід активного середовища:
де kr -- коефіцієнт розсіювання, La --довжина активного елементу.
Генерація паразитних “шепочущих” поздовжніх та поперечних мод.
Рис. Схеми можливого розповсюдження "паразитних" мод за рахунок віддзеркалень в активному елементі.
Резонатори квантових приладів Оптичні резонатори
Резонатори із дифракційними решітками
Застосування дифракційних ґраток в резонаторі має низку технічних переваг:
- висока селективна здатність, -широка спектральна область дисперсії та лінійність
характеристики перебудови частоти.
Знайшли використання різні типи ґраток: плоскі, увігнуті, із різним профілем штрихів. Як правило, дифракційна ґратка замінює одне із дзеркал резонатора.