Главная | Обратная связь

Добротность резонатора

РЕФЕРАТ

 

 

По предмету: Оптоэлектроника

 

Тема: «Оптический резонатор»

 

Выполнил: Григорович М.Н.

 

Руководитель: Гайда Л.С.

 

г.Гродно

2012г.

ОПТИЧЕСКИЕ

РЕЗОНАТОРЫ

 

Содержание:

 

• Добротность резонатора.

• Потери на зеркалах.

• Дифракционные потери. Число Френеля.

• Потери при разъюстировке.

• Виды оптических резонаторов.

• Устойчивость резонатора.

 

 

ОПТИЧЕСКИЙ РЕЗОНАТОР - совокупность нескольких отражающих элементов, образующих открытый резонатор (в отличие от закрытых объёмных резонаторов, применяемых в диапазоне СВЧ). Для длин волн < 0,1 см использование закрытых резонаторов, имеющих размеры d ~ затруднительно из-за малости d и больших потерь энергии в стенках. Использование же объёмных резонаторов с d > также невозможно из-за возбуждения в них большого числа собственных колебаний, близких по частоте, в результате чего резонансные линии перекрываются и резонансные свойства практически исчезают. В оптическом резонаторе отражающие элементы не образуют замкнутой полости, поэтому большая часть его собственных колебаний сильно затухает и лишь малая часть их затухает слабо. В результате спектр образовавшегося оптического резонатора сильно разрежен.
Оптический резонатор - резонансная система лазера , определяющая спектральный и модовый состав лазерного излучения, а также его направленность и поляризацию. От оптического резонатора зависит заполненность активной среды лазера полем излучения и, следовательно, снимаемая с неё мощность излучения и кпд лазера.
Назначение резонатора в лазере состоит в создании положительной оптической обратной связи, т. е. условий для превращения оптического квантового усилителя в оптический квантовый генератор.

Открытым оптическим резонатором называют систему из двух обращенных друг к другу отражающих поверхностей между которыми располагается активное (рабочее) вещество лазера.

Отражающие поверхности могут представлять собой зеркала различной формы (плоские, сферические, параболические), грани призм полного внутреннего отражения или границы раздела сред с различными показателями преломления. Расстояние между отражающими поверхностями определяется в основном усилительными свойствами используемой в качестве рабочего вещества среды и может колебаться от долей миллиметра у полупроводниковых лазеров до нескольких метров, например, у газовых лазеров.

 

 

 

Использование в оптическом диапазоне спектра объемного резонатора обычных размеров L >> λ оказывается неприемлемым, так как резонатор практически теряет свои селективные свойства: число собственных типов колебаний в замкнутой резонаторной полости объема V приходящихся на частотный интервал ∆ω

.

при переходе от λ =1 см к λ =1 мкм увеличивается в 108 раз.

Объемный резонатор c размерами порядка рабочей длины волны (как в радиодиапазоне) в оптической области должен иметь микронные размеры. Такой резонатор заключает в себе активную среду очень малого объема с низким коэффициентом усиления, и добротность резонатора должна быть очень высокой (например, как у полупроводниковых лазеров с вертикальным резонатором на основе многослойных диэлектрических зеркал).

Самым простым видом открытого резонатора является система из двух плоских зеркал, обращенных друг к другу отражающими поверхностями (резонатор Фабри – Перо). Для вывода излучения из резонатора отражающие поверхности делаются либо частично отражающими, либо одна полностью, а вторая частично отражающей.

Обычно отражающие поверхности зеркал создаются с помощью

покрытий, состоящих из нескольких слоев диэлектрических материалов, число которых может быть более десяти. С помощью многослойных диэлектрических покрытий удается получить коэффициент отражения более 99 % на рабочей длине волны. Однако у полупроводниковых лазеров коэффициент отражения зеркал резонатора значительно меньше (для GaAs при выходе излучения в воздушную среду он составляет ~ 32 %) и обеспечивается френелевским отражением границы раздела полупроводник – воздух.

 

Добротность резонатора

 

Колебательные системы обычно характеризуются добротностью Q. Добротность резонатора можно определить несколькими способами, которые эквивалентны при больших значениях добротности

Здесь

ω_m – частота моды;

∆ω_m – ее спектральная ширина;

W – энергия, запасенная в резонаторе;

Т – период световых колебаний;

P_loss – энергия, теряемая в секунду (мощность потерь);

t – время.

 

Время жизни фотонов в резонаторе. Запишем закон Бугера в дифференциальной форме:

Здесь учтено, что , где c – скорость света.

Решение уравнения имеет вид

τ

где

τ _ph – время жизни фотонов в резонаторе:

 

 

Потери в открытом оптическом резонаторе

принципиально неустранимые

• потери на выход излучения через зеркала,

• геометрические потери

• и дифракционные потери,

обусловленные несовершенством системы

• потери на поглощение и рассеяние в материале зеркал,

• потери из-за разъюстировки.

• рассеяние на неоднородностях активной среды.

• нерезонансное поглощение.