Типи резонаторів лазерів

Плоский резонатор. Плоским називають резонатор, утворений двома плоскими квадратними дзеркалами з розмірами 2а·2а, що знаходяться на відстані L один від одного.

Власні частоти резонатора визначаються за формулою:

clip_image002

Розподіл поля всередині резонатора з плоскими дзеркалами в різних перетинах, перпендикулярних оптичний осі, змінюється порівняно слабко. Це дозволяє досить ефективно використовувати активний обсяг робочої речовини. Відмітною рисою плоского резонатора є те, що фронт хвилі на його дзеркалі майже плоский. Скривлення фронту хвилі хоча і мається, але воно мале. Це дає можливість одержати мале розходження променя, що виходить з такого резонатора.

Конфокальний резонатор. Конфокальним називають відкритий резонатор, утворений однаковими сферичними дзеркалами, осі і фокуси яких збігаються. Конфокальний резонатор має наступні особливості.

Власні частоти визначаються за формулою:

clip_image004.

Розподіл фази по поверхні дзеркал однорідний, тобто відбиваючі поверхні є поверхнями рівних фаз. У порівнянні з плоским резонатором поле в конфокальному резонаторі більш щільно сконцентровано в його осі і спадає на краях значно швидше. Це приводить до того, що дифракційні втрати в конфокальному резонаторі значно менші, ніж для аналогічних типів коливань у плоскому резонаторі. У розподілі поля не спостерігається характерних для плоского резонатора перегинів. Основне ТЕМ00-коливання має гаусів розподіл як у напрямку x, так і в напрямку у. Поле усередині резонатора найбільшою мірою сконцентровано поблизу загального фокуса дзеркал, тобто в центрі резонатора. Поверхні рівних фаз являють собою сферичні поверхні.

Резонатори з довільними сферичними дзеркалами. Це резонатори, що складаються з двох співвісних сферичних дзеркал радіусами R1 і R2 розташованих на відстані L друг від друга. Властивості таких резонаторів легко визначити, якщо знайдена відповідна конфокальна система, у якій дві синфазні поверхні збігаються з поверхнями дзеркал резонатора. Якщо резонатор утворений двома однаковими сферичними дзеркалами радіусами R1=R2=R, розташованими на відстані L друг від друга, то одержуємо, що довжина еквівалентного конфокального резонатора:

clip_image006.

В узагальненому сферичному резонаторі частотне виродження мод звичайно зникає.

Кільцевий резонатор. Кільцевим називають відкритий резонатор, дзеркала якого забезпечують поширення електромагнітних хвиль по замкнутому контуру. В одне з плечей резонатора поміщають активний елемент, наприклад, газорозрядну трубку газового лазера. У кільцевому резонаторі може існувати стояча хвиля, утворена інтерференцією двох хвиль, що біжать у протилежних напрямках. Іноді режим стоячої хвилі, є енергетично менш вигідним, оскільки найбільш повна взаємодія випромінювання з речовиною тут відбувається лише в пучностях світлового поля. У біжучої хвилі, поле в середньому більш однорідне, що дозволяє повніше використовувати активну речовину.

Крім того, якщо обертати кільцевий резонатор навколо осі, то довжина шляху для хвиль, що поширюються по напрямку і проти напрямку обертання, буде різною. Це може бути використане для виміру швидкості обертання і побудови лазерних гіроскопів.

Складений резонатор. Такий резонатор являє собою два (чи більш) зв’язаних між собою резонатора. Властивості такого резонатора аналогічні властивостям двох зв’язаних контурів. Складений резонатор можна використовувати для селекції аксіальних коливань. Додаткова спектральна селекція коливань у складеному резонаторі визначається тим, що найбільшою добротністю будуть володіти ті типи коливань, для яких умова резонансу задовольняється в кожній зі складових частин резонатора.

Резонатор із брэггівським дзеркалом. Іноді виникає необхідність плавно перебудовувати власну частоту резонатора і тим самим плавно змінювати частоту генерації лазера в межах контуру спектральної лінії активної речовини. Це можна здійснити, якщо одне з дзеркал зробити селективним, тобто з великим коефіцієнтом відображення у вузькому спектральному діапазоні. При цьому необхідно, щоб була можливість яким-небудь образом змінювати спектральний діапазон. Як селективний елемент можуть бути використані, наприклад, дифракційні ґратки, що встановлюють замість одного з дзеркал резонатора. Подібний резонатор називається резонатором із брегівським дзеркалом. Дифракційні ґратки розташовуються під кутом до оптичної осі резонатора. Якщо на таке «дзеркало» падає плоска електромагнітна хвиля, що поширюється уздовж оптичної осі резонатора, то за рахунок дифракції на ґратках вона буде відбиватися назад точно в протилежному напрямку при виконанні умови Вульфа- Брегга:

clip_image008,

де b — період дифракційних ґраток; θ — кут між нормаллю до площини ґратки і оптичною віссю резонатора; m-=1; 2; 3; … — порядок дифракції. Змінюючи кут θ, можна змінювати довжину хвилі λ, що відповідає максимуму відбивної здатності дзеркала в напрямку оптичної осі. Такий резонатор застосовується, зокрема, для перебудови частоти генерації рідинних лазерів на органічних барвниках.

Резонатор з розподіленим зворотним зв’язком. Це особливий вид резонатора, у якому торцеві дзеркала взагалі можуть бути відсутніми, а позитивний зворотний зв’язок забезпечується розсіюванням на періодичних неоднорідностях, що утворюють строго періодичні ґратки. Важливо, щоб ці ґратки утворювалися просторовими періодичними змінами одного з параметрів, від якого залежать умови поширення світла. Це може бути коефіцієнт заломлення, коефіцієнт підсилення, товщина плівки чи кристала. Відстань b між неоднорідностями повинно задовольняти умові Вульфа — Брегга. Розподілений зворотний зв’язок використовується у деяких типах напівпровідникових лазерів.

Оставьте комментарий к статье