Крылов К.И., Прокопенко В.Т., Тарлыков В.А. Основы лазерной техники (1990) (1151950), страница 15
Текст из файла (страница 15)
Луч лазера в этом случае выходит из резонатора в одну сторону. Боли же отверстия связи будут в двух зеркалах, то из лазера с таким резонатором исходят два луча. В некоторых случаях выход энергии из резонатора осуществляется путем использования двух зеркзл различного диаметра. При этом электромагнитная волна, отражаясь в резонаторе от зеркала большего диаметра, частично выходит из резояатора, минуя зеркало меньшего размера (рис.
2.!6). Подробнее этот вопрос будет рассмотрен позже. Наряду с массивными металлическими зеркалами используются зеркала с металлическими отражающими покрытиями в виде тонких металлических слоев, нанесенных на поверхность диэлектрика из стекла или кварца. Нанесение металлического 1 слоя на подложку обычно осуществляется либо химическим путем, либо испарением металла в вакууме.
Такое о рода зеркала исполь- 3 Конное К, зь т % зуются в лазерах сравнительно малой мощности, так как металлические слон легка разрушаются под действием мсяцных свето. вых потоков. Вывод энергии из резонатора с такими зеркаламн может быть осуществлен путем использования зеркала с толщиной слоя, обеспечивающего частичное пропускаиие электромагнитной волны через слой (см. п. 2.2). Заметим, что при значительной мощности лазеров, в особенности работающих в тюстояниом режиме, если даже коэффициент отражения зеркал достаточно высок, поглощенная металлом энергия нагревает зеркала. При этом, ввиду того что коэффициент электропроводностн металла у уменьшается с температурой, коэффициент ега отражения (см. формулу (2А8)1 уменьшается, что приводит к ухудшению свойств резонатора и к уменьшению его добротности.
Весьма существенным прн этом является разьюстнровка зеркал, происходящая в таких масштабах, что генерация лазера может быть сорвана. Для того чтобы обеспечить тепловой режим зеркал, массивные металлические зеркала часто делают охлаждаемымн проточной водой. Прн использовании в качестве зеркал металлических покрытий на диэлектрической подложке, высокое отражение можно получить только при увеличении толщины металлического слоя, однако это приводит к уменьшению пропускаиия. Таким образом, применение такого рода зеркал в качестве выходных, обладающих некоторым коэффициентом пропускания, оказывается весьма ограниченным из-зз больших потерь. Перейдем теперь к рассмотрению диэлектрических зеркал, используемых в лазерной технике, Диэлектрические зеркала могут быть изготовлены с весьма высоким коэффициентом отражения, свыше 99%.
Прницяп их действия рассмотрен в и. 2.2. Он основан на нитерференцианных явлениях, поэтому такого рода зеркала часто называются интерференционными. Высокоэффективные отражающие зеркала можно получить„ нанося на стеклянную, кварцевую или другога какого-либо прозрачного материала подложку последовательно тонкий диэлектрический слой с низким показа~едем преломления, а затем слой вещества с высоким показателем преломления. Если толщины слоев подобрать в соответствии с изложенным в и. 2,3, то волны, отраженные от трех границ раздела, будут находиться в фазе.
При этом можно, например, получить общий коэффициент огра. жения 50%, причем при высоком качестве диэлектрика весь неотраженный свет будет проходить без потерь иа поглощение. Для получения болщпнх коэффициентов отражения используются многослойные покрытия при чередовании слоев с высоким н низким показателем преломления. Слои имеют одинаковую оптическую толщину. Особый интерес представляет случай, когда двз основных слоя имеют одинаковую оптическую толщину, обычно ь„/4, т. е. когда п„й, =- ч,йз н падение нормально. Иесложный расчет при- 66 дит в этом случае к следующему значению коэффициента отра- ения зеркала, состоящего из У двойных слоев: ,„('-+ (Ф)")* (2.62) е и„, пт, п„а, — соответственно показатель преломления подожки, первого слоя, второго слоя и среды (обычно воздух), з = 1, из которой падает электромагнитная волна на зеркало, Ичогда при покрытии слои располагают так, что общее число лоев нечетно (2йГ + 1), причем первый и последний имеют один тот же показатель преломления а,.
В этом случае коэффициент ражения равен "-"= —:. —.-. —::)- Из (2.62) следует, что при заданном значении отношения п,7пз оэффициент отражения зеркала увеличивается с ростом числа войных слоев. Так, при нормальном падении на подложку изучения с длиной волны Х = — 564 нм показатели преломления одложкн и„= 1,52„коэффициент отражения р = 0,306. Если одложка имеет покрытия в виде одного двойного слоя из серистого цинка (пз = 2,3) и криолита (и, = 1,35), коэффициент тражения равняется 0,676, при двух слоях р = 0,372, а при етырех слоях ои достигает 0,934. Следует иметь в виду, что высокий коэффициент отражения акого рода зеркал выполняется только в узкой области длин олн. Ввиду того что излучение лазера в высокой степени монороматично, такого рода зеркала нашли широкое применение. иэлектрические зеркала изготовлякп путем нанесения слоев апылеиия в вакууме, катодным распылением нли химическим 'пособом.
В качестве веществ используются, например, 2п3 Мйр, или сернистый цинк (вещество с большим показателем еломлення) с фтористым магнием (низкий показатель преомления). Диэлектрические зеркала не выдерживают высоких плот- остей излучении, при этом поверхностный слой либо выгорает, ибо отслаивается от подложки. Прочность покрытий зависит е только от свойств веществ, образующих слои, но и от техноогии покрытия.
Стойкость покрытий зависит от числа слоев. ,аибольшей оптической прочностью обладает однослойное порытие. С увеличением числа слоев прочность уменьшается, . риблнжаясь к минимальному значению при пяти-,шестислойиом окрытин. В качестве выходного зеркала иногда используется набор плосконараллельных диэлектрических пластин (без покрытий), зб 67 разделенных воздушным промежутком.
В этом случае воздушные промежутки играют роль второй среды в двойном слое, т. е. л = 1, При нормальном падении световой волны на такое зеркало в воз. душной среде пг = 1, прн равной толщине пластин н зазорах между ними, равных нечетному числу г( =- яе/4, коэффициент отражения, как зто следует из (2.62), будет где л — показатель преломления пластин; лг — число пластин. Точность изготовления пластин такого рода зеркала должна быть не хуже ЦЯ. В случае, если пластины изготовлены с точностью хуже Хг4, коэффициент отражения будет равен сумме фреиелевских коэффициентов отражений всех поверхностей. Такая система пластин называется сеткой.
Сетка обычно используется в случаях многомодового режима работы лазера (отражатели из набора нластии нмегот значительно большую оптическую прочность по отношению к мощному из,лученгпо, которое по существу определяется порогом разру|пения пластин). В качестве глухого зеркала резонатора в некоторых случаях используется призма с полным внутренним отражением. Такая призма (рис. 2.17, а) получила название призмы-крыши, Как видели (см.
п. 2.2), коэффициент отражения при полном внутреннем отражении может быть весьма блггзок к 100% при условии„ что во второй среде, куда проникает электромагнитное поле (см. ряс. 2.6), отсутствует поглощение. Обычно такого рода поглощение связано с загрязнением боковых поверхностей призмы. Использование призмы полного внутреннего отражения в резонаторе лазера позволяет увеличить допустимую цлотиость мощггостгц При применении призмы-крыши происходит выравнивание плотности излучения по сечютго активного обрааца, так как при призме каждый луч проходит в рабочем теле по двум различным направлениям, при использоваини же зеркал, луч света многократно проходит по одному и тому же пути.
В этих же целях, для того чтобы взлучеиие пентральиой части рабочего тела после отражения проходило по периферии, иногда используют две призмы-кры ига (рнс. 2.17, б), Проникновение энергии во вто- ~'=:=л Рнс. 2.1В. Две приеин полного внутреннего отреъеиив, иснояевуеиие Лля унревлеиия сеетовыи потовом аа нутреннего отражения иногда используют для своеобразного тветвления части светового потока. Для этого берут„например, ве призмы полного внутреннего отражения, обращенные гнпотеузпымн сторонами друг к другу 1рнс. 2.181. Прн помощи какого' ибо специального устройства зазор между призмами делают лавно изменшощимся, Так как проникновение энергии за граицу, от которой электромагнитная волна испытывает полное нутреннее отражение, порядка длины волны, изменение зазора существляется в этих пределах. При постепенном изменении азора количество энергии, прошедщей через дзе призмы, будет плавно изменяться.
При увеличении воздушного зазора до значеия порядка ЗХ электромагнитная волна практически не будет попадать на приемник, испытывая полное внутреннее отражение на грани первой призмы. Такие устройства особенно просто осуществляются при ольших длинах волн. В видимой части спектра, ввиду того что длина волны весьма мала„ встречаются трудности в создании устройства плавного изменения зазора в весьма малых ределах. Остановимся на окнах, используемых в лазерной технике. 'Необходимым требованием к таким окнам является весьма высокий коэффициент пропускания света, близкий к 100%, и весьма малые потери в нем. Таким условиям хорошо удовлетворяют так называемые окна Брюстера, Физические основы их были .изложены н п, 2.2.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
