Главная | Обратная связь

Рассеяние на неоднородностях активной среды.

 

Если резонатор заполнен активной средой, то возникают дополнительные источники потерь. При прохождении излучения через активную среду часть излучения рассеивается на неоднородностях и посторонних включениях, а также ослабляется в результате нерезонансного поглощения.

Под нерезонансным поглощением понимают поглощение, связанное с оптическими переходами между уровнями, не являющимися рабочими для данной среды. Сюда же могут быть отнесены потери, связанные с частичным рассеянием и поглощением энергии в зеркалах.

 

Виды оптических резонаторов:

 

1. плоско-параллельный;

2. концентрический

(сферический)

3. полусферический;

4. конфокальный

5. выпукло-вогнутый

 

Устойчивость резонатора

 

Резонатор называется неустойчивым, если произвольный световой луч, последовательно отражаясь от двух зеркал, удаляется на неограниченно большое расстояние от оси резонатора. Резонатор, в котором луч после многократных отражений остается в пределах ограниченной области, называется устойчивым.

 

Схемы неустойчивых резонаторов

 

С учетом волновых свойств, мода будет устойчива, если фаза волны на поверхности зеркал одинакова, что достигается, если радиус кривизны фазовых фронтов на поверхности зеркал совпадает с радиусом кривизны самих зеркал.

 

 

 

Фазовые фронты электромагнитного поля основной моды в лазерном резонаторе в приближении гауссова пучка

 

Гауссов пучок

 

 

В устойчивый резонатор можно вписать гауссов пучок, у которого радиусы кривизны фазовых фронтов на поверхности зеркал совпадают с радиусом кривизны самих зеркал.

 

Для нахождения положений зеркал z₁ и z₂ при заданных радиусах зер-

кал r₁ и r₂ необходимо решить систему уравнений

 

 

где рэлеевскя длина R_z также считается неизвестной.

Решение имеет вид:

 

 

Для физической реализуемости резонатора величина должна быть положительна.

Обозначая получаем:

 

 

Резонатор будет устойчивым если его параметры удовлетворяют следующим условиям:

Здесь r₁ и r₂ – радиусы кривизны, которые полагаются положительными для вогнутых и отрицательными для выпуклых зеркал, L – расстояние между зеркалами.

 

 

 

Прямая AC, образующая с осями координат угол π /4, соответствует симметричным резонаторам . Точки A, B и C на границах устойчивости принадлежат концентрическому , конфокальному и плоскому , L – произвольная) резонаторам соответственно.

Точка в начале системы координат соответствует конфокальному резонатору. Из диаграммы видно, что даже небольшие отклонения от конфокальности делают резонатор неустойчивым, что может привести к резкому увеличению потерь. В связи с этим на практике целесообразно делать резонатор слегка неконфокальным.

 

Достоинства устойчивых резонаторов:

• Малые геометрические потери (малый порог генерации).

• Хорошее качество луча (максимальная интенсивность в центре, малая расходимость излучения).