2. Описание экспериментальной установки

Экспериментальная установка показана на рис.1 и состоит из двух зеркал (плоского и сферического), стеклянной газоразрядной трубки с брюстеровскими окнами, ирисовой диафрагмы и измерителя мощности (фотоприемника, подключенного к микровольтметру). В целях увеличения наглядности эксперимента установка собрана на оптической скамье "ОСК-2". Укрепленная в трехкулачковой оправе ирисовая диафрагма служит для селекции поперечных мод с целью получения генерации на основной поперечной моде (ТЕМ₀₀); этот режим контролируется визуально по распределению энергии в лазерном пятне.

Сферическое зеркало радиусом R=700мм установлено на столике с «грубыми» линейным вертикальным и угловым горизонтальным перемещениями, допускающем, кроме того, точное горизонтальное перемещение (имитирующее тонкую наводку по углу в горизонтальной плоскости) и тонкое качание в вертикальной плоскости. Плоское зеркало установлено на столике, качающемся в двух взаимно перпендикулярных плоскостях (причем угол поворота в горизонтальной плоскости может быть определен по делениям на маховичке с точностью не хуже 1'.)

Изменение длины резонатора осуществляется за счет перемещения столика с плоским зеркалом по направляющим оптической скамьи. Для измерения изменения расстояния между столиками с зеркалами следует пользоваться миллиметровой шкалой на оптической скамье.

В качестве активной среды используется смесь He и Ne, возбуждаемая разрядом постоянного тока от высоковольтного блока питания. Смесь находится в отпаянной газоразрядной трубке с брюстеровскими окнами. Электродами являются подогревный оксидный катод прямого накала и анод из электровакуумного никеля. В катодной колбе находится также титановый геттер с отдельным подогревателем. Поскольку геттер расположен в непосредственной близости от подогревного катода, при горении разряда происходит постоянная очистка газовой смеси от микропримесей, появляющихся в процессе работы.

3. Расчет выходных характеристик лазерного излучения

Выходные характеристики лазера, а также требования к его юстировке определяются следующими основными параметрами лазера:

1. Длиной волны генерации λ [м];

2. Длиной активной среды l₀ [м];

3. Диаметром активной среды d [мм];

4. Удельным коэффициентом усиления k₀₀ [мм · м^-1];

5. Радиусами зеркал или радиусом сферического зеркала для резонатора "плоскость-сфера" R [м];

6. Коэффициентом пропускания выходного зеркала τ, определяющим полезные потери (или потери связи) резонатора ;

7. Коэффициентом суммарных диссипативных потерь резонатора Σα ;

8. Дифракционными потерями α_д, которые характеризуются постоянными A и B аппроксимации зависимости α_д=f(N), где N - число Френеля;

9. Расстоянием между зеркалами L [м] и др.

3.1. Теоретическая часть

Исходя из изложенного, в п.1, выходная мощность лазера пропорциональна квадрату размера пятна излучения, которое в свою очередь определяется параметрами резонатора лазера; размер пятна на вогнутом зеркале полурезонатора (см. (3.8.10) в [1]):

. (6)

Расходимость излучения основной моды полурезонатора по определению равна отношению размера пятна к удалению z при z→∞ (см. (3.6.9) в [1]):

. (7)

Расходимость излучения при генерации многих поперечных типов определяется уже апертурой (т.к. ), а точнее - размером изображения действующей апертуры на зеркале эквивалентного конфокального резонатора (ЭКР) D' и длиной ЭКР L_э (см. (3.6.12) в [1]):

, (8)

где ,

(3.8.5) [1]

- нормированное удаление от центра резонатора.

Тогда полная расходимость многомодового излучения

. (9)

Допуск на разъюстировку для основной моды (см. (3.7.2) в [1]):

,

где - дифракционные потери для основной моды,

- потери на юстировку.

Так как допуск на разъюстировку определяется до полного срыва генерации, то

),

где - прочие диссипативные потери (в данном случае: потери на рассеяние и поглощение в оптических элементах лазера и потери на пропускание в "глухом" зеркале резонатора),

- усиление активной среды за цикл.

Тогда .

Учитывая, что

и то, что при круглых апертурах для = 0,05…10% и , получим:

. (10)