Айхлер Ю., Айхлер Г.-И. Лазеры. Исполнение, управление, применение (2008) (1095903), страница 60
Текст из файла (страница 60)
Экспериментальная конструкция фазосопрягаемого зеркала на основе комбинации из четырех волн показана на рис. 14.15. Индуцированное рассеяние Значительно проще сконструировано показанное на рис. 14.!6 фазосопрягающее зеркало с самонакачкой, принцип действия которого основан на индуцированном рассеянии, в частности, на вынужденном рассеянии Мандельштама — Бриллюэна в жидкостях (например, в сероуглероде, ацетоне) или газах (СН4, ЯЕ„Хе).
Хорошими фазосопрягающими элементами являются также многомодовые стекловолокна. Фазосопрягаюшее зеркало состоит, например, из кюветы с жидкостью, в которую направляется интенсивная волна лазерного излучения. В результате вначале спонтанного рассеяния возникает обратная волна, накладывающаяся на поступающую волну. Обе волны образуют в жидкости интерференционные полосы и индуцируют фазовую решетку. Последняя действует по типу многослойного зеркала — с той лишь разницей, что плоскости слоев изогнуты и отражают фазосопрягаемую волну. Газ или жидкость Сигнальный луч Фаз инта Индуцироеаннал фазоеал решетка Рлс.
14,16. Фазосопряжение на основе вынужденного обратного рассеяния в газовой либо жидкостной ячейке. Сигнальный луч и фазосопрягаемый луч располагаются друг над другом, но имеют противоположные направления распространения Области применения Метод фазосопряжения находит применение в системах генератор — усилитель (англ. Гпааег озсй1агог ровгег агпр!1()ег= МОРА), как это показано на рис. 14.17. Лазерный луч от генератора попадает через усилитель на фазосопрягающее зеркало.
Там он отражается и на обратном пути еще раз усиливается с помощью усилителя. Посредством четвертьволновой пластинки или фарадеевского вращателя направление поляризации после двукратного прохода поворачивается на 90', а затем излучение выводится через поляризатор из усилительной системы. Такое фазосопряжение приводит к удвоению эффективной длины усилителя при одновременном устранении фазовых погрешностей в усилителе (помех вроде тепловых линз), что позволяет сохранить хорошее качество излучения генератора, как видно из рис.
14.18. Фазосопрягающие зеркала успешно используются при создании твердотельных лазерных систем с импульсным режимом генерации. В коммерческих системах )ч(т): згАО-МОРА достигается, например, средняя мощность 40 Вт (~', ф 284 !лава И Зеркала при частоте следования импульсов !00 Гц и длительности 4 нс. В лаборатории лемонстрировались выходные мощности выше 200 В~ с двухступенчатои системой Хг!: УА! О-МОРА прн средней частоте слелования импульсоя около ! кГп н ллительносги порядка! 00 нс с качеством пучка, близким к,тифракционно ограниченному л>чу.
Зд 28ф лазерных резонаторах — например, тепловые эффекты в лазерных кристаллах либо газовых разрядах. В довершении ко всему, при этом обеспечивается пониженная чувствительность к разъюстировке зеркал. Однако следует заметить, что использование фазосопрягающих зеркал в резонаторе и системах генератор — усилитель не исчерпывается лишь простой заменой традиционных диэлектрических зеркал, но требует тщательной настройки лазерных систем и самих фазосопрягающих элементов. зкдачи 14.1.
Какая часть видимого излучения отражается от стеклянной пластинки (л = 1,5) при нормальном падении луча? 14.2. Каков коэффициент отражения брюстеровской пластинки (стеклянной пластинки под углом Брюстера) (и = 1,5)? 14.3. Требуется уменьшить отражение стеклянной пластинки (л= 1,51) для излучения в зеленой области спектра (0,5 мкм).
Какое остаточное отражение получится с четвертьволновым слоем (Х/4) из М8Г, при и = 1,38? Каковы будут толщина слоя и коэффициент отражения? Каким показателем преломления должен обладать слой для достижения наилучшего просветления? 14.4. Вычислить коэффициент отражения лазерного зеркала из ЯО, и Та,О, (см. таблицу 14.3) с 7-ю слоями и сравнить полученный результат с рис. 14.8. Какую толщину имеют слои для излучения в красной области спектра с длиной волны 0,633 мкм? ГЛАВА 15 ПОЛЯРИЗАЦИЯ Свет распространяется в вакууме и в неограниченных изотропных веществах как поперечная электромагнитная волна. Напряженности электрического и магнитного полей показывает колебания перпендикулярно направлению распространения и взаимно ортогональны. Это колебательное состояние напряженности поля называют поперечной поляризацией.
Подобная световая волна, следовательно, не симметрична вращению относительно направления распространения. В отличие от этого, при звуковой волне в воздухе атомы колеблются в направлении распространения, и такая волна называется продольно-поляризованной. Также и при распространении света, например, в анизотропных, двоякопреломляющих средах либо в стекловолокнах могут иметь место продольные компоненты поля. Ниже будут рассматриваться лишь поперечные световые волны в вакууме и изотропных веществах без учета их волноводных свойств. 15.1.
Виды поляризации При поперечной поляризации возможны разные формы колебаний — линейные, круговые и эллиптические. Линейная поляризация При линейной поляризации напряженность электрического поля колеблется в плоскости, как показано на рис. 1.1. При этом возможно любое направление колебаний или поляризации перпендикулярно направлению распространения. Солнечный свет, а также излучение ламп накаливания и газоразрядных ламп — зто неполяризованный свет, что означает: в световой волне присутствуют все направления колебаний.
Направления колебаний можно разложить на две взаимно ортогональные составляющие. В каждом из этих направлений поляризации будет содержаться тогда 50 % интенсивности света. Значит, идеальный поляризационный фильтр пропускает 50 % неполяризованного света. Круговая поляризация Наряду с линейной поляризацией существуют и другие виды — круговая и эллиптическая поляризации. При этом напряженность электрического поля движется в пространстве по спирали. Круговая поляризация может складываться из двух взаимно ортогональных, линейно-поляризованных волн с одинаковой амплитудой ( рис.
15.1). Обе волны должны быть сдвинуты относительно друг друга на четверть длины, что обеспечивается четвертьволновой пластинкой. Волны в определенном месте могут быть выражены таким образом: юг.д ь,~„р.„„ивет) Е„(1)=Е соя пз1 и Е„(1)=Е з)п гог. Как показано на рис. 15.1, Е (г) и Е (г) сосгавляют в целом общую напряженность поля Е„, которая с направлением Е образует угол озг. Этот угол увеличивается со временем, так что общая напряженность поля проходит по кругу. Рис. 15.1.
Свет с круговой поляризацией состоит из двух взаимно ортогональных, линейно-поляризованных волн одинаковой амплитуды, сдвинутых по фазе относительно друг друга на четверть длины волны (Х/4) Эллиптическая поляризация На рис. 15.2 показано наложение двух взаимно ортогональных, линейно- поляризованных волн с разными амплитудами. При этом имеет место изменение разности хода между двумя волнами на О, на восьмую долю волны, на четверть волны и т.д. Если разность хода составляет О, Л/2 (п) /2, и = О, 1,...), то вновь возникает линейно-поляризованный свет, причем, как видно из рис. 15.2, получаются два направления поляризации.
Если разность составляет Х/4, ЗХ/4 и т.д., то образуется эллиптическн поляризованный свете разными направлениями вращения плоскости поляризации. Если амплитуды равны, то — как особый случай — имеет место свет с круговой поляризацией (см. рис. 15.1). Во всех прочих ситуациях возникает эллиптически-поляризованное излучение.
Линейно-поляризованная волна может переводиться в любую поляризацию, причем эта волна излучается на двоякопреломляюшую кристаллическую пластинку. Последняя расщепляет пучок на две линейно-поляризованных части, которые на основе разных показателей преломления сдвинуты по фазе относительно друг друга. За пластинкой обе парциальных волны складываются в результирующую световую волну, причем толщина пластинки определяет, будет ли световое излучение иметь эллиптическую, круговую либо вновь линейную поляризацию. 15.2. Двойное лучепреломление Изотропные, то есть аморфные, или кубически-кристаллические вещества преломляют луч в соответствии с законом преломления по уравнению (14. 2).
В случае неизотропных кристаллов имеет место двойное лучепреломление. Оно может быть вызвано также механическими или электрическими напряжениями в изотропных средах. Поступающее колебание раскладывается в двоякопреломляющей среде на два взаимно ортогональных колебательных компонента. Оба линейно- поляризованных луча распространяются с разными скоростями света, то есть Разность хода Рле. 15Д. В результате наложения двух взаимно ортогональных, линейно- поляризованных световых волн с разными амплитудами возникает эллиптически- либо линейно-поляризованный свет Левая круговая поляризация Правая круговая поляризация Оптическая ось я света Рис. 15.3. Зависимость показателя преломления п' (О) и и' (бз) от направления распространения обыкновенного (о) и необыкновенного (е) поляризованного света; и.
= и, и и, = п, есть приведенные в таблице 15.1 основные показатели преломления Показатель преломления обыкновенного (англ. Огс()пату) луча не зависит от направления распространения в кристалле, как это имеет место в изотропном веществе. Показатель же преломления необыкновенного (англ.
ех(гаогс))пату) луча зависит от направления распространения и представлен на рис. 15.3 в виде эллипса — в поляризационной диаграмме, вращательно-симметричной относительно оптической оси. При распространении света в этом направлении показатели преломления для обыкновенного и необыкновенного лучей идентичны. табзитза 15.1. Основные показатели преломления некоторых кристаллов для Ма О-линии при 589 нм они имеют различные показатели преломления, как это показано на рис. 15.3 для оптически одноосного кристалла.
!53. и р т 2В~~Ф) табаева НЬЬ 1. ОСНОВНЫЕ ПОКаэатЕЛИ ПрЕЛОМЛЕНИя НЕКОтОрЫХ КрИСтаЛЛОВ для Ха Р-линии при 589 нм (Окончание) Плоскость между оптической осью и направлением распространения называется главным сечением. Обыкновенный луч поляризован перпендикулярно главному сечению, а необыкновенный — параллельно ему. На границе раздела с воздухом либо с друтим веществом обыкновенный луч следует закону преломления.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
