
- •Квантовые и оптоэлектронныеприборыиустройства
- •СмирновЕ.А.
- •Введение
- •Оптическоеизлучение
- •1.1.Свойства оптического излученияиспособыегоописания
- •Особенности оптическогоизлучения
- •Оптическиепереходы
- •Спонтанноеизлучение
- •Вынужденноеизлучение
- •Вынужденноепоглощение
- •СвязьмеждукоэффициентамиЭйнштейна
- •АнализсоотношениймеждукоэффициентамиЭйнштейна
- •Ширинаиформалинийизлучения
- •Естественнаяширинаиформалинийизлучения
- •Однородноеуширениелинииизлучения
- •Неоднородноеуширениелинииизлучения
- •ДифференциальныеиинтегральныекоэффициентыЭйнштейна
- •2.Усилениеоптическогоизлучения
- •Прохождениеоптическогоизлучениячерезвещество
- •Инверсиянаселенностейиактивныесреды
- •Коэффициентусиленияактивнойсреды
- •Схемысозданияинверсиинаселенностей
- •Насыщениеусилениявактивнойсреде
- •Параметрнасыщенияактивнойсреды
- •Генерациялазерного излучения
- •Принципработылазера
- •Условиестационарнойгенерациилазера
- •Насыщениеусилениявлазере
- •Выходная(энергетическая)характеристикалазера
- •Пороговоеусловиегенерации
- •Пороговаямощностьнакачки
- •Графикэнергетическойхарактеристикилазера
- •Оптическиерезонаторы
- •Особенностиоптическихрезонаторов
- •Основныетипыоптическихрезонаторов
- •Устойчивостьоптическихрезонаторов
- •Собственныеколебанияоптическогорезонатора
- •Продольныемоды
- •Методыселекциипродольныхмод
- •Поперечныемоды
- •Методыселекциипоперечных модлазера
- •Кпдлазеров
- •КпДтвердотельныхлазеров
- •КпДнакачкиТтл
- •КпДактивнойсредыТтл
- •КпДоптическогорезонатораТтл
- •КпДгазоразрядных лазеров
- •КпДнакачкиГрл
- •КпДактивнойсредыиоптическогорезонатораГрл
- •КпДинжекционныхполупроводниковыхлазеров
- •Мощность(энергия)накачкилазера
- •Основные типы лазеров
- •Газоразрядныелазеры
- •Гелий-неоновыелазеры
- •Контрольныевопросы
- •Молекулярныелазерына углекисломгазе
- •Контрольныевопросы
- •Лазерына парахметаллов
- •Контрольныевопросы
- •Твердотельныеижидкостные лазеры
- •Контрольныевопросы
- •Инжекционныеполупроводниковыелазеры
- •Списоклитературы
Основныетипыоптическихрезонаторов
Все оптические резонаторы можно разделить на двухзеркальные и мно-гозеркальные. По расположению зеркал относительно активной среды разли-чаюттри типа двухзеркальных резонаторов(рис.4.5а–в).
АС
З2 З1 З2
а б в
Рис.4.5.ДвухзеркальныеОР:а–внутренний;б–внешний;в–комбинированный
Резонаторы с внутреннимизеркалами отличает простота конструкции.Зеркала внутреннего ОР наносятся непосредственно на торцы АЭ и не тре-буют держателей, но их замена и юстировка в процессе эксплуатации невоз-можны; используются во многих типах лазеров, но чаще всего – в инжекци-онных полупроводниковых игазоразрядных лазерах. Резонаторы с внешни-ми зеркалами должны иметь юстировочные устройства – сложные механиче-ские держатели зеркал, обеспечивающие прецизионную регулировку их по-ложения и фиксацию. Юстировочные устройства «глухого» и выходного зер-калскрепляютсямеждусобойтермостабильнымиэлементами,например,стержнями из инвара.При появлении дефектов внешнее зеркало можно лег-козаменитьинастроитьоптимальнымобразом.Комбинированныйрезона-
тор сочетает достоинства первых двух типов ОР и широко используется в га-зоразрядных лазерах.
Зеркала ОР могут быть плоскими или сферическими. По форме зеркалразличают резонаторы типа «плоскость–плоскость» (Пл–Пл), «сфера–сфера»(Сф–Сф) и «сфера–плоскость» (Сф–Пл). ОР типа Пл–Пл весьма критичны кразъюстировке. Они обладают наиболее высоким уровнем потерь, но приэтом обеспечивают минимальную расходимость лазерного пучка. РезонаторСф–Сф минимизирует потери квантов, но одновременно заметно увеличива-ет расходимость выходного излучения. Наибольшее распространение полу-чили ОР типа Сф–Пл, характеризующиеся умеренными уровнями потерь ирасходимостилазерногоизлучения.
Многозеркальные ОР используются, как правило, в технологических иметрологическихлазерах.Вмощныхтехнологическихлазерахсбольшойпротяженностью активной среды преследуется цельсокращения габаритовлазера. Для этого АС разделяется на отдельные участки и компактно склады-вается(рис.4.6).
Рис.4.6.Компактныйрезонатортехнологическоголазера
В тех случаях, когда поперечныйdи продольныйLразмеры имеютодин порядок, наиболее полное согласование объема АС иполя оптическойволны достигается при зигзагообразном распространении потока индуциро-ванных квантов (рис. 4.7). Такой технический прием позволяет одновременноуменьшитьдиаметрвыходногопучкалазера.Общим недостатком
Активнаясреда
З1 З2
Лазерноеизлучение
Рис. 4.7. Резонатор технологического лазера с поворотными зеркаламимногозеркальныхОРявляетсяусложнение конструкциииповышениесум-марных потерьизлучения приотражении от зеркал.
Многозеркальные резонаторы применяются для улучшения частотныххарактеристик лазеров (см. 5.2) и в лазерных гироскопах – устройствах кон-троля угловых перемещений подвижных объектов. В последнем случаеис-пользуютсякольцевыеОР,вкоторыхвстречныепотокиквантовначастотах
ν1иν2распространяютсяпо замкнутомуконтуру(рис.4.8).
ФП1

Рис.4.8.Трехзеркальныйкольцевойрезонатор
Влазерномгироскопекольцевойрезонаторсминимальнымколичествомзеркал,равнымтрем,устанавливаетсянаплатформе.Принеподвижнойплатформеоптическиепути,проходимыевстречнымиволнами,одинаковы:
L1=L2, соответственно, ν1= ν2и Δν = ν2– ν1= 0. При вращении платформыс круговойчастотойωвозникает разностьхода встречныхлучей:ΔL=L2–
–L1. Соответственно, ΔLвызывает пропорциональную скорости вращенияразность частот встречных волн: Δν=f(ω), распространяющихся по часовойи против часовой стрелки. Вычислив интеграл Ω = ∫ Δν(ω)dt, можно опреде-лить угол поворота платформы, укрепленной, например, на каком-либо по-движномобъекте.