5.3 Формирование узкой спектральной линии излучения в селективных резонаторах, включающих в себя дифракционные решетки и эталоны Фабри-Перо

Для улучшения спектральных характеристик лазерного излучения используют различные типы дисперсионных резонаторов. Действие резонаторов можно свести к двум механизмам селекции мод амплитудному и угловому [31].

В резонаторах с угловым механизмом селекции мод пучки излучения различных продольных мод распространяются под разными углами к оси резонатора, вследствие этого моды обладают различными потерями. К таким резонаторам можно отнести резонаторы с призмами и дифракционными решетками.

При амплитудном механизме селекции мод резонатор съюстирован для всех продольных мод, а различие их потерь обеспечивается пропусканием селекторов. Например, для эталонов Фабри-Перо (ЭФП) функция пропускания периодически зависит от частоты. И при освещении эталона пучком он будет пропускать только те моды, на которые настроен.

Предложена оптическая схема дисперсионного резонатора рисунок 13а, в котором дифракционная решетка установлена в автоколлимационном режиме, при этом параллельно поверхности которой, расположено зеркало 2. Данная схема обладает большей селектирующей способностью, так как сочетает в себе селектирующую способность решетки и эталона, образованного зеркалом и решеткой. Отмечается что, коэффициент отражения такой системы выше, чем схемы с дифракционной решеткой, работающей на скользящее падение в каком-либо порядке дифракции и вторым концевым зеркалом.

Повысить селектирующую способность резонатора с угловым механизмом селекции мод можно путем увеличения угловой дисперсии резонатора или уменьшения расходимости излучения. Уменьшить расходимость излучения можно путем установки телескопа.

В работе [32] производилось уменьшение ширины линии генерации XeCl-лазера, с помощью дифракционной решетки установленной в режиме автоколлимации с предварительным расширением пучка 4х призменным телескопом рисунок 13 б) (с коэффициентом увеличения 25) и дифракционной решеткой в скользящем падении. В качестве диафрагм использовались щелевые диафрагмы расстоянием 2 мм, решетка была периодом 2400 шт/мм. В первой схеме ширина линии составила 5 пм. Во втором случае ширина линии составила 8 пм при установке решетки в скользящем падении под углом 86в первом порядке дифракции. В данном случае за счет использования щелевых диафрагм энергия выходного излучения была выше, (2 мДж) чем при использовании круглых диафрагм, однако расходимость в выходном пучке в направлении разряда значительно превышала дифракционный предел. Еще одной попыткой увеличить выходную энергию излучения является работа [33].

В [33] предложена схема дисперсионного резонатора, оптическая схема которого приведена на рисунке 13 в). Решетка установлена в автоколлимационном режиме зеркало съюстировано параллельно решетке, образуя интерферометр. После линзы устанавливался эталон Ф-П базой 5мм и резкостью 10. Ширина линии, полученная в экспериментах, составила 0,015 см^-1 при длительности импульса 100 нс. Такая конструкция резонатора позволила увеличить объем занимаемой основной модой, что привело к увеличению энергии выходного излучения.

Рисунок 13 – Схемы дисперсионных резонаторов для сужения спектральной линии излучения

1- дифракционная решетка, 2- глухое зеркало, 3- диафрагма, 4- выходное зеркало, 5- активная среда, 6- призменный телескоп, 7- линза, 8- эталонФабри-Перо