• pierderile din oglinzi.
• pierderi de difractie. Numărul Fresnel.
• Pierderi în nealiniere.
• Tipurile de rezonatoare optice.
RESONATOR OPTICĂ - set de mai multe elemente reflectorizante care formează o cavitate deschisă (opusă rezonatoarele cavității închise utilizate în gama de microunde.). Pentru lungimi de undă este de asemenea imposibilă datorită excitației în ea un număr mare de vibrații naturale, care sunt aproape în frecvență, prin liniile de rezonanță și proprietățile de rezonanță ale suprapunere practic dispar. În rezonatorul optic elemente care să reflecte nu formează o cavitate închisă, astfel încât o mare parte din propria sa oscilație puternic amortizată, și doar o mică parte din prost amortizată. Ca rezultat, spectrul rezonator optic format foarte rare.
Cavitatea optică - sistem laser rezonantă. determinarea compoziției spectrale și modul de radiație laser, precum și direcția și polarizarea acesteia. De la rezonator optic depinde de gradul de ocupare al mediului activ al câmpului de radiație laser și, prin urmare, se elimină din producția de radiații și eficiența laserului.
Atribuirea unui rezonator laser este de a oferi un feedback pozitiv optic, t. E. Condițiile pentru conversia amplificator cu laser optic în generatorul cuantic optic.
rezonator optic deschis este numit un sistem de două confruntă reciproc suprafețe reflectante între care activ (funcționare) materialul laser.
Suprafețele reflectorizante pot fi oglinzi de diferite forme (plane, sferice, parabolice), fețele reflexiei interne totale prismă sau limita dintre două medii cu diferiți indici de refracție. Distanța dintre suprafețele de reflexie este determinată în principal de proprietățile de întărire este utilizat ca mediu de lucru și mediul poate varia de la o fracțiune de milimetru de la lasere semiconductoare la câțiva metri, de exemplu, lasere cu gaz.
Folosind domeniul spectral optic al cavității rezonatorului dimensiunile obișnuite L >> # 955; este inacceptabil, deoarece rezonatorul pierde substanțial proprietățile sale selective: număr de moduri de oscilație naturale în cavitatea unui volum V închis referitoare la intervalul de frecvență # 8710; # 969;
.
în tranziția de la # 955; = 1 cm la # 955; = 1 micron este crescut de 108 de ori.
C Dimensiuni cavitate rezonator ordinea de lungimea de undă de lucru (în banda radio) în domeniul optic va avea dimensiuni de microni. O astfel de rezonator conține volumul mediu activ este foarte mic, cu câștig redus și Q-factor al rezonatorului trebuie să fie foarte mare (cum ar fi în lasere semiconductoare cu o cavitate verticala bazat pe oglinzi multistrat dielectric).
Cea mai simplă formă de rezonator deschis este un sistem format din două oglinzi plane, pe care se confruntă suprafețele de reflexie (Fabry - Perot). Pentru radiația de ieșire din cavitatea suprafețe reflectante sunt reflectorizante sau parțial sau complet una, iar a doua parțial reflectiv.
De obicei suprafață de reflexie în oglindă sunt create de
acoperiri alcătuite din mai multe straturi de materiale dielectrice, număr care poate fi de peste zece. Utilizarea de acoperiri dielectrice multistrat poate obține reflexie mai mare de 99%, la lungimea de undă de operare. Cu toate acestea, cu laser semiconductoare factorul de reflexie al rezonatorului oglindește în mod semnificativ mai mică (pentru GaAs la radiația de ieșire în aer este
32%) și oferă Fresnel interfață reflecție semiconductor - aer.
Sistemele sunt oscilatorii obicei caracterizate printr-un factor de calitate Q. Factorul de calitate al rezonator poate fi determinată în mai multe moduri, care sunt echivalente pentru valori mari ale lui Q
# 969; m - frecvența modului;
# 8710; # 969; m - lățimea spectrală;
W - energia stocată în rezonator;
T - perioada de fluctuații de lumină;
Ploss - energia pierdută pe secundă (pierdere de putere);
Durata de viață a fotonilor din rezonator. Noi scriem legea Bugera în formă diferențială:
Aici avem asta. unde c - viteza luminii.
Soluția ecuației are forma
# 964; ph - durata de viata de fotoni din rezonator:
Pierderile în cavitatea optică deschisă
• pierdere la ieșirea de radiații prin oglindă,
• și pierderea de difracție,
din cauza imperfecțiunii sistemului
• Pierderile asupra absorbției și împrăștierea în materialul oglindă,
• pierderile datorate nealinierii.
• împrăștiere prin neomogenitati ale mediului activ.
Pierderile în oglinzi.
Din moment ce o parte din radiația generată în mediu trebuie să fie dedus din oglinzile rezonatorului sunt folosite (cel puțin una dintre ele) sunt translucide. În cazul în care coeficienții de reflexie cu oglindă de intensitate egală R1 și R2. pierderea eficienței producției radiației rezonatorului pe unitatea de lungime este dată de formula
Coeficientul Pierderi descris
# 945; e. De asemenea, denumite pierderi externe sau utile.
Pierderile geometrice. În cazul în care fasciculul este distribuit în interiorul cavității nu este strict suprafața normală a oglinzii, apoi, după un anumit număr de reflexii acesta ajunge marginile oglinzii și se lasă cavitatea.
pierderi de difractie. Luați în considerare un rezonator format de două plane oglindește rază în jurul unei. Să o oglindă 2 cade fascicul paralel de radiații cu o lungime de undă # 955;. Raza reflectată de oglindă și, simultan, în unghi, pentru diffracted # 981; d ≈ # 955; / a. Numărul Fresnel de rezonator pentru un anumit număr numit de treceri între oglinzi, atunci când unghiul total de divergență a fasciculului se va ajunge la radiația ne îndepărta de la marginile oglindă # 981; = # 945; / L:
Pierderile optice în aer liber
1, 2 - Oglinda rezonatorul
Coeficientul pierderilor de difracție pe unitatea de lungime # 945; d.
Dacă incidentul val pe planul oglinzii și să își asume o uniformă, fracțiunea de putere a pierdut atunci când o singură difracție la oglinda este egală cu raportul suprafață a lățimii inelului în zona de x oglinzi. Din moment ce, avem
Pe de altă parte, potrivit legii Bugera, atunci când distribuția pierderilor
Imprastiere de neomogenități ale mediului activ.
În cazul în care cavitatea este umplută cu un mediu activ, atunci există surse suplimentare de pierderi. Odată cu trecerea radiației prin mediul activ al radiației împrăștiate prin neregularitățile și incluziuni străine, precum și slăbit ca urmare a absorbției non-rezonante.
Sub absorbția non-rezonant înțeleg absorbția asociată cu tranziții optice între nivelurile de nelucratoare pentru mediu. Acest lucru poate fi atribuit pierderile asociate cu împrăștierea parțială și absorbția energiei în oglinzi.
Tipuri de cavități optice:
Rezonatorul se numește instabil dacă secvențial fascicul de lumină reflectată arbitrar de două oglinzi, îndepărtate la distanța infinit lung de la axa rezonatorului. Rezonator, în care fasciculul după reflecții multiple rămâne într-o zonă limitată, numită stabilă.
Schemele rezonatoare instabile
Ținând cont de proprietățile val de moda va fi stabil, dacă faza undei de la suprafața oglinzii de aceeași, care se realizează în cazul în care raza de curbură a frontului de fază la suprafața oglinzii coincide cu raza de curbură a oglinzilor înseși.
Faza fronturi ale câmpului electromagnetic al modului fundamental în cavitatea cu laser într-o aproximare a unui fascicul Gaussian
Într-un rezonator stabil poate înscrie un fascicul Gaussian, a cărei rază de curbură de pe suprafața oglinzii frontală fază coincide cu o rază de curbură a oglinzilor înseși.
Pentru a găsi pozițiile oglinzilor Z1 și Z2 la dat grain- raze
cal R1 și R2 este necesară pentru a rezolva un sistem de ecuații
în cazul în care lungimea Rayleigh Rz este, de asemenea, considerat a fi necunoscut.
Soluția este după cum urmează:
Pentru cantitatea rezonator realizability fizică trebuie să fie pozitiv.
Rezonatorul va fi stabil în cazul în care parametrii săi îndeplinesc următoarele condiții:
Aici, r1 și r2 - raza de curbură care se bazează pozitive și negative pentru concav convex oglinzi, L - distanța dintre oglinzi.
AC Direct, formând un unghi cu axele de coordonate ale π / 4, corespunde rezonatoare simetrice. Punctele A, B și C aparțin limitelor de stabilitate concentrice, confocal și plane, L - arbitrar) rezonatoare respectiv.
Punctul de la origine corespunde unui rezonator confocală. Diagrama arată că, chiar și mici abateri de la rezonator instabile confocal face, ceea ce poate duce la o creștere dramatică a pierderilor. Prin urmare, în practică, este recomandabil să se facă un rezonator nekonfokalnym pic.
Avantajele rezonatoare stabile:
• Pierderea geometrică mică (mic prag lasing).
• O bună calitate a fasciculului (intensitate maximă la centru, o divergență fascicul de mică).
Dezavantaje rezonatoare stabile
• câmp este concentrată în apropierea axei și nu acoperă întregul volum al substanței active.
• incapacitatea de a utiliza întreaga optica reflectorizante.
Ca lasere cu o creștere mare a mediului activ, și în acele cazuri în care este necesar pentru a primi fasciculelor de lumină de mare putere sau energie găsi aplicații practice rezonatoare optice instabile.
Avantajele rezonatoare instabile:
• Câmpul nu tinde să se concentreze în apropierea axei și, în consecință,
În monomod transversală se poate obține volum mod mare;
• permite o bună selecție de moduri transversale;
• poate fi utilizat în întregime optică reflectante (utilizate în lasere de mare putere și lumină-IR).
Dezavantajele rezonatoare instabile
• secțiunea transversală a grinzii are forma unui inel (la centrul fasciculului spotul întunecat,
• distribuția intensității în fasciculul este neomogenă și are forma inele de difracție multiple;
• față de stabil, instabil rezonator este mai sensibil la alinierea greșită a oglinzilor.