Айхлер Ю., Айхлер Г.-И. Лазеры. Исполнение, управление, применение (2008) (1095903), страница 69
Текст из файла (страница 69)
5) — выполнить необходимую подстройку. Возможный диапазон перестройки и эффективное отражение решетки зависят от формы и отражательной способности ее штрихов. Для повышения разрешения решетку можно металлизировать. В видимой области спектра с помощью решетки так как в результате дифракцин здесь возникают сферические волны.
Для каждого угла а отражается, согласно уравнению (18. 5), одна длина волны. Угловая дисперсия имеет вид: 1й5. Э Ф бр — П р 32ф удается — в зависимости от ее исполнения — получить диапазон перестройки в несколько сотен нанометров при эффективном отражении порядка 90 %.
18.5. Эталон Фабри — Перо Эталон, нли интерферометр Фабри — Перо состоит из двух параллельных, частично пропускающих (полупрозрачных) зеркал, размещенных, например, на плоскопараллельной стеклянной пластинке (показатель преломления л) ( рис. 18.7). Зеркальное покрытие можно также наносить методом напыления на две стеклянные пластинки, между которыми находится воздух либо иной газ (и = 1). Чтобы эти зеркала не действовали как зеркала резонатора, данный эталон в качестве частотного селектора размещается в большинстве случаев наклонно к оси лазера.
Падающая волна дает после отражения между зеркалами несколько парциальных волн. Если эти волны накладываются синфазно, эталон становится прозрачным. В отношении эталона согласно рис. 18.7 действует следующее условие; 2Ы н — гйп а =тХ, причем тестьцелое число. 2 2 (18.8) Рве.
1ВД. Эталон Фабри — Перо Относительно каждой длины волны Х могут быть вычислены углы а для максимального пропускания. Угловая дисперсия получается при и = 1: Иа 1 о'Х Х1апа (18.9) (!8.!0) ЛГ =с/2д. С малым углом наклона а возможны значительно более высокие величины угловой ширины, чем в случае призмы и решетки, так что достигается гораздо лучшая частотная селекция. Настройка эталона осуществляется путем вращения, изменения расстояния между зеркалами г! либо варьирования показателя преломления н (например, за счет изменения давления газа между зеркалами).
Благодаря подобному эталону при постоянных значениях а1, и, а пропускается одновременно множество спектральных линий. Частотный интервал у этих линий (областьдисперсин) составляетдля а=б и л=1: (330 Г Ы Ч ц Ф р х) ЛГ Л~р Х г" гт Избирательность эталона Рдается через отражательную способность Я зеркала: (18.11) г" =— ! — Л (18.12) Для й=10 — 97 % получается, например, Г=11 — 100. Разрешающая способность Х/ЛХ по уравнению (18.11) при больших з' и Я принимает очень высокие значения по сравнению с решеткой и призмой. Реальная же разрешаюшая способность при расходяшихся световых волнах с ограниченным диаметром может быть много меньше.
Путем изменения толшины можно устанавливать самую разную ширину линий ЛХ или гзг. Очень короткие эталоны с г(= Х называют также интерференционными фильтрами. Относительная ширина линий находится у них в диапазоне ЬХ/Х = 0,01. Интерферометры большей толшины дают значительно меньшую ширину линий. Эталонов толщиной около !ем (иногда при условии дополнительной предварительной селекции с более коротким эталоном) вполне достаточно для достижения в лазере длиной около 50см генерации излучения только на одной аксиальной моде. 18.б. Двоякопреломляющие фильтры В двоякопреломляюших кристаллах (например, кварце) линейно поляризованная световая волна расщепляется на обыкновенный и необыкновенный лучи, поляризованные ортогонально друг другу и имеюшие различные показатели преломления я, и п,.
После прохождения через кристалл парциальные волны обладают разными фазами, так что они складываются в эллиптически поляризованную волну, затухаюшую при прохождении через поляризатор ( рис. 18.8). Если разность фаз соответствует целочисленному кратному длины волны Х, то после кристалла вновь появляется линейно поляризованный свет, пропускаемый через поляризатор с полной амплитудой: ( и, — и,! д = пй.
(! 8.! 3) Перестройка возможна здесь путем опрокидывания, в результате чего изменяются эффективная толшина И и разность показателей преломления ~ п„— л,~. Изменение показателя преломления достигается также посредством приложения электрического поля (см. ячейку Поккельса). Так же, как и в случае эталона Фабри— Перо, определяется область дисперсии: Это отношение соответствует уравнению (13.3) для поперечных мод лазера. Следовательно, однозначная частотная селекция может иметь место лишь при условии, что ширина полосы частот падающего света меньше указанной области дисперсии.
Поэтому при использовании данных эталонов в качестве частотных селекторов нередко требуется предварительная селекция — например, с одним или несколькими более тонкими эталонами. В случае плоских волн и при диаметрах любого размера такой эталон демонстрирует пропускание в диапазоне Ы или, соответственно, гК причем средняя длина волны Л выражена через (см, также уравнение 18.8): Зд ЗД с туГ = )л, — л,!сз' (18.!4) Оптическая ось Поляризатор Поляризатор Деоякопреломляющзя пластинка Рис. 18.8. Принцип действия фильтра Лио. При затухании в двоякопреломляющей пластинке генерируется линейно поляризованный свет — эллиптический либо с поворотом на 90'.
Область пропускания описывается через уравнение (18. 3). Во избежание отражения пластинка часто устанавливается под углом Брюстера ЗАДАЧИ 18.1. Что такое «пространственное выгорание провалов» и как его избежать? 18.2. Определить число мод (и длину когерентности) в аргоновом лазере длиной 50см. Вычислить толщину эталона и его коэффициент отражения при достижении одномодового режима.
18.3. Эталон состоит из двух стеклянных пластинок с одинаковым зеркальным покрытием, установленных на расстоянии А друг от друга. Область дисперсии составляет ф;, = 5. 10" Гц, разрешение оу'= 50 М Гц. Вычислить расстояние Х между пластинками, а также избирательность эталона, добротность и коэффициент отражения зеркал.
Область пропускания отдельной двоякопреломляющей пластинки с поляризатором равна половине области дисперсии и, следовательно, относительно широка. Поэтому часто используют сразу несколько пластинок и поляризаторов друг за другом (фильтр Лио), чтобы обеспечить наилучшую частотную селекцию. Преимущество двоякопреломляющего фильтра перед фильтром Фабри — Перо состоит в том, что здесь не требуется зеркал, обеспечивающих постоянное отражение только в отношении ограниченной полосы частот.
Следовательно, двоякопреломляющий фильтр находит применение в более широком диапазоне длин волн. Кроме того, отсутствие зеркал сводит к минимуму возможные потери. Двоякопреломляющие фильтры используются, например, для перестройки н сужения ширины полосы частот непрерывных лазеров на красителях. 18.4. Как велик диапазон излучения перестраиваемого с помощью призмы лазера на центрах окраски при 2,5 мкм? (Диаметр пучка составляет 5 мм, дисперсия дл/Ы=1,5 10'м '). 18.5.
Определить диапазон излучения перестраиваемого с помощью отражательной решетки лазера на красителе при 1=0,5 мкм (и= 30', 2000 линий/мм). Диаметр пучка на решетке составляет 10 мм. 18.6. Гелий-неоновый лазер (632 нм) дифрагируется на ультразвуковой волне (500 МГц) акустооптического конструкционного элемента в первом порядке дифракционного максимума. Каким будет изменение длины волны? 18.7. Определить диапазон излучения (диапазон длин волн) лазера с внутренней призмой для частотной селекции.
(Доказать уравнения 18.2 и 18.4, причем здесь предполагается малый преломляющий угол призмы у). ГЛАВА 19 ПРЕОБРАЗОВАНИЕ ЧАСТОТЫ Спектральная область лазерного излучения может быть значительно расширена на основе самых разных способов преобразования частоты. Особое значение имеют, в частности, нелинейные оптические эффекты, как то: удвоение частоты и комбинационное рассеяние. Остановимся сначала на эффекте Доплера для достижения небольших изменений частоты, например, при использовании в области измерительной техники.
19.1. Эффект Доплера При отражении на подвижном зеркале (рис. 19.1) происходит изменение частоты: -2д = — г,'сова, с (19.! ) при этом(; есть частота падающей под углом а волны, а с — скорость света. Когда зеркало со скоростью г перемещается в направлении падения волны, г1Г становится отрицательным, а отраженная волна имеет меныпую частоту. Если, например, скорость вращения зеркала г принимается равной 1,5 м/с, то при нормальном падении получается относительный сдвиг частоты: 4Г/(; = 10-'.
!с Рве. 19.1. Сдвиг частоты в результате эффекта Доплерв при отражении на подвижном зеркале со скоростью вращения г ге-а! Более серьезные изменения частоты, чем посредством механически перемещающихся зеркал, достигаются на основе дифракции света на ультразвуковых волнах (см. здесь также п.16.2). При этом изменение частоты света Лу; выражено через частоту г ультразвуковой волны: Я,= пД„где и = ч.1, ч.2, ч-З,..., (19.2) где и показывает порядок дифракции. Для получения оптимальной дифракционной эффективности работа ведется обычно с я=1. Если достижимы звуковые частоты околоу;= 10' Гц, то для красного света су;= 5 10м Гц получается: гзгс(г;=2 1О ' Более высокие звуковые частоты и, следовательно, более значительные изменения частоты достигаются оптическим путем посредством вынужденного рассеяния Мандельштама — Бриллюэна, но этот процесс, в отличие от вынужденного комбинационного рассеяния (см.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
