Крылов К.И., Прокопенко В.Т., Тарлыков В.А. Основы лазерной техники (1990) (1151950), страница 22
Текст из файла (страница 22)
На рис. 2.40 представлен резонатор, образованный гранями рабочего тела, с выходом энергии, осуществляемым призмой связи. 100 Рес, 2.41. Уголловме отрамлтелла а — аее мрмвммп б — с ерааомов Рмс. 2.4З. резонатор «онемелого тела: ! — аааораарлдлал аруола~ а — Лолалллаолалоа аарлало В некоторых устройствах прнзмы-крыши в качестве выходных ражателей работают на другом принципе. Прп этол| пспользутся изменение отражательной способности стекла вблизи угла олного внутреннего отражения. Пря изменения угла падения на есколько градусов отражательная способность в такой призме вменяется от нескольких процентов до 100%. Коэффициент отажения и выход энергии могут быть плавно изменены при не- ольших допустимых для условий генерации углах поворота р измы. В лазерной технике в некоторых случаях вместо плоских или фернческих зеркал используются уголковые отражатели (рис.
,41), В последнее время все большее применение находят резоаторы так называемого кольцевого типа. Простейшим из них 'вляется резонатор, образованный четырьмя эеркаламн, устаовленными под углом 45' к оптическому пути (рис. 2.42). Для еньшения дифракционных потерь иногда одно или два зеркала меют небольшую вогнутость, что в то же время уменьшает заисимость от настройки.
В резонаторах кольцевого типа волны аспространяются по часовой и против часовой стрелки. При 'том в результате их интерференции, как и в обычном резонаторе, остоящем нз двух зеркал, образуются стоячие волны. Прн поощи оптического развязывающего устройства можно при необолимости устранить одну из бегущих волн. В этом случае стоя'ая волна не образуется, и лазер называют лазером бегущей волны. специальных лазерных устройствах используются также коль' евые резонаторы с большим количеством отражателей (как с чет- ым нх числом, тах и с нечетным).
л.! Ъ НЕУСТОЙЧИБЪ|Е РЕЗОВАТОРЪ| й В и. 2.9 показано, что различные резонаторы со сферическими зеРкалами в зависимости от РадиУсов кРивизны зеРкал )с, и )са расстояния между ними Е обладают различными дифракциоными потерями. На диаграмме, приведенной на рис. 2.37, видны бласти болыпнх и малых потерь резонаторов. Области малых отерь определяют устойчивые состояния резонаторов, области больших потерь — неустойчивые.
При одних и тех же зеркалах 101 з» в зависимости от расстояния между ними »» — — -- »» чивым, либо неустойчивым. Если резо— кагор определяется некоторой точкой диаграммы, расположенной в устойчивой' области вблизи границы устойчивых и неустойчивых состояний, то сравннтечьгкс. злз. т»а»с»ч зяч - но небольшие изменения его геометрискя" я»уст»»ач яма а»з - ческих параметров могут перевести его из яатор устойчивого в неустойчивый.
С переходом резонатора в неустойчивое состояние ве только возрастают дяфракционяые потери, яо я увеличивается различие потерь для различных мод. Одной из важнейших характеристик резонаторов является коэффициент увеличения поцеречяых размеров сферических волн М. Обычно коэффициент М определяется как увеличение поперечного размера волн за один проход (от одного зеркалз к другому). В несимметричных резонаторах коэффициент М определяется как увеличение пря двойном проходе (от одного зеркала до другого н обратно).
При этом М к»л» + !» к»и» (к»Аъ» — !) ЫЙЪ Ук»Ы» (а»э» ~1 где д, =! + ЬЯ, н и» =1+ ЬЯ,. В симметричных неустойчивых резонаторах д» = д» =й и значение коэффициента М, относящегося к одному проходу, находят по формуле М,= а+~~~ 1. При больших значениях М в неустойчивых резонаторах оказывается возможным использовать оба зеркала глухими, осуществляя»шими вывод излучения нз резонатора вследствие увеличения сечения луча до размеров, превосходящих размеры одного из зеркал. При этом излучение выходит нз резонатора в виде кольца.
Вывод энергии при таком способе может быть сравнительно просто доведен до оптимального значения. Поток энергии внутри резонатора прп этом уменьшается в М' раз. Относительные потери на проход равняются 1(М'. Наиболее часто в лазерной технике используются так называемые телескопические неустойчивые резонаторы, образованные двумя софокусными выпуклыми и вогнутыми зеркалами, схема которого приведена на рис.
2.43. 1(оэффициент М для такого резонатора равен 1 + 2ЬЯ». Особенностью телескопических резонаторов является возможность появления сходящихся волн. Как уже указывалось выше, в неустойчивых резонаторах дифракцнонные потери значительно превосходят другие виды потерь, Полные потери при этом сильно зависят от поперечного индекса колебаний, это обстоятельство позволяет использовать иеустой- 102 иные резонаторы в том случае, когда требуется осуществить геерацию лазера на одном основном типе колебаний. Неустойчне резонаторы обладают также положительными качествами, аключающнмися в том, что объем з резонаторе, занимаемый олем основной моды, велик даже в резонаторах, имеющих небольую длину.
Неустойчивые резонаторы нашли широкое применение 'лазерной технике. Наиболее рационально их применение при 'авнительно больших коэффициентах усиления. зл2. селекция мОЛ Как уже неоднократно указывалось, в резонаторах может одовременно возбуждаться большое число собственных колебаний. ,ясла колебаний в интервале рабочей частоты, возникающих в отрытых резонаторах, значительно меньше, чем в равноценных 'о размерам закрытых резонаторах, однако это число оказыва~гся еще очень большим, Ввиду того что линия люминесценции 'ктивного вещества значительно шире интервала частот между "тдельными колебаниями в резонаторе, излучение лазера пред'тавляет собой совокупность различных частот, лежащих внутри 'ниии люминесценции.
Многомодовый режим работы генератора риводит к значительному ухудшению таких основных свойств азерного излучения, как монохроматичность, когерентность, "гловая расходимость. Во многих случаях при применении лазеов необходимо иметь одномодовый, одночастотный лазер, В связи этим применяются специальные методы подавления нежелатель'ых колебаний высших порядков, т. е. осуществляется селекция олебаннй. При подавлении колебаний высших порядков общая нергия излучения заметно не изменяется, но она при этом сосреотачивается в одном типе колебаний.
При осуществлении одноодового одночастотного режима работы лазера, очевидно, должы быть приняты меры к селекции как поперечных, так и проольных колебаний. Рассмотрим сначала селекцию поперечных олебаний. Селекция поперечных колебаний заключается в по'авленнн высших колебаний, т. е. с индексами т и и, отличными 'т нуля. В результате селекции в резонаторе остаются только родольные колебания вида ТЕМ„, при этом мощность продольых колебаний может увеличиваться за счет увеличения числа 'ктивньчх частиц, которые ранее участвовали в формировании оперечных мод.
Существует много различных методов селекции поперечных олебаний, рассмотрим лишь наиболее часто встречающиеся. Наиболее распространенным и простым способом подавления оперечпых колебаний является использование диафрагмы, котоая располагается между рабочим веществом и одним из зеркал. оскольку поле в резонаторе, соответствующее основному типу ЕМччч, сосредотачивается в основном вблизи оси, а поле более высоких типов проецируется на значительно большие расстояния юз лю от оси, диафрагма, расположенная на оси, будет оказывать более силь.
нос влияние на распространение высоких типов. Подбирая диафрагмы, о можно осуществить подавления всех ТЕЬ таей елм типов колебаний, кроме основного ТЕМооо. Однако и для основного типа рят ,~ колебаний диафрагма вносит значи. тельные потери, вследствие чего данный метод селекции имеет сущевоеты реаоватора от числа ооы З'44' З веаыоеть "озр ственный недостатоК, закяючающийся Фроыеаы Л' хаы рааавыыых ты- в уменьшении выходной мощности ооа ыоаевавыа при переходе иа одномодовый режим.
Значительно более эффективным является метод, основанный на увеличении дифракционяых потерь колебаний высших типов пря сравнительно меньшем их увеличении для колебаний основного типа. Как указывалось ранее, потери в резонаторе зависят от числа Френеля Л', причем потери различны для различных типов. При уменьшении числа Френеля потери быстро растут, при этом увеличивается и разность между потерями колебаний основного типа и потерями колебаний более высоких порядков. При )о' 4 1 эта разность достигает таких значений, что оказывается возможным сравнительно просто осуществить селекцию.
Для данной цели особенно пригоден резонатор, состоящий из сферического и плоского зеркал, расположенных на расстоянии, приблизительно равном радиусу кривизны сферического зеркала, т. е. плоско- сферический резонатор, Дифракционные потери в таком резонаторе определяются в основном числом Френеля для сферического зеркала (2. 114) Из (2.114) следует, что при ЬЯ, близком к единице, Уоо может иметь настолько малые значения, пря которых разница в дифракционных потерях различных мод оказывается вполне достаточной для осуществления селекции (рис. 2.44). Селекция поперечных мод может быть осуществлена путем использования сильной зависимости коэффициента отражения от угла вблизи угла полного внутреннего отражения.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
