Rezonator sa razdvojenim prstenom. Prstenasti rezonator

OPTIČKA ŠUPLJINA- zbirka od nekoliko formiranje reflektirajućih elemenata otvoreni rezonator(za razliku od zatvorenog rezonatori šupljina koristi se u mikrotalasnom opsegu). Za talasne dužine< 0,1 см использование закрытых резонаторов, имеющих размеры d~ teško zbog malenosti d i velike gubitke energije u zidovima. Upotreba šupljinskih rezonatora sa d> takođe nemoguće zbog pobude velikog broja svojstava u njima. oscilacije bliske frekvencije, zbog čega se rezonantne linije preklapaju i rezonantna svojstva praktično nestaju. Lopov. reflektirajući elementi ne formiraju zatvorenu šupljinu, tako da je većina svojih. oscilacije su jako prigušene i samo mali dio njih je slabo prigušen. Kao rezultat toga, spektar rezultirajućeg O. p. vrlo rijetka.
O. r. - rezonantni sistem laser, koji određuje spektralni i modni sastav laserskog zračenja, kao i njegovu usmjerenost i polarizaciju. Od O. r. ovise o ispunjenju aktivnog medija lasera poljem zračenja i, posljedično, o snazi ​​zračenja koja se uzima iz njega i efikasnosti lasera.
Najjednostavniji O. p. je Fabrijev interferometar - Pero, koji se sastoji od dva ravna paralelna ogledala. Ako se između ogledala nalaze na udaljenosti d jedan od drugog, ravni talas se prostire normalno na njih, a zatim kao rezultat njegovog odraza od ogledala u prostoru između njih nastaju stajaći talasi (prirodne oscilacije). Uslov za njihovo formiranje je gde q- broj polutalasa koji stanu između ogledala, tzv. indeks uzdužnih oscilacija (obično q~ 10 4 - 10 6). Vlastiti O. frekvencije rijeke. oblik aritmetike. napredovanje sa razlikom c/2d(ekvidistantni spektar). Zapravo, zbog difrakcije na rubovima zrcala, oscilacijsko polje ovisi i o poprečnim koordinatama, a oscilacije također karakteriziraju poprečni indeksi T, P, koji određuju broj konverzija polja u 0 prilikom promjene poprečnih koordinata. Više T I P, to je veće slabljenje oscilacija zbog zračenja u svemir (zbog difrakcije svjetlosti na rubovima ogledala). Modovi sa t = n = 0 ime uzdužno, ostalo - poprečno.
Pošto je koeficijent prigušivanje oscilacija se povećava sa povećanjem T I P brže od frekvencijskog intervala između susjednih oscilacija, tada rezonantne krive odgovaraju velikim T I P, preklapaju se i ne pojavljuju se odgovarajuće oscilacije. Coef. prigušivanje takođe zavisi od broja N Fresnelove zone vidljive na zrcalu dia. R iz središta drugog ogledala koje se nalazi na udaljenosti od prvog d:(cm. Fresnel zona). At N~ 1 ostaje 1 - 2 fluktuacije koje prate glavnu. oscilacija ( q = 1).

Rezonatori sa dva ogledala. O. r. sa ravnim ogledalima su osetljivi na deformacije i izobličenja ogledala, što ograničava njihovu primenu. O. rijeke su lišene ovog nedostatka. sa sfernim ogledala (slika 1), u kojima zraci, više puta reflektovani od konkavnih ogledala, ne izlaze izvan površine omotača - caustics. Pošto se talasno polje brzo raspada izvan kaustičnog, zračenje iz sfernog O. r. sa kaustikom je mnogo manji od zračenja ravnog O. r.

Rice. 1. Rezonator sa dva ogledala.

Razrjeđivanje spektra u ovom slučaju ostvaruje se zbog činjenice da dimenzije kaustika rastu sa povećanjem T I n. Za oscilacije sa velikim T I P ispada da se kaustika nalazi blizu ruba ogledala ili se uopće ne formira. Spherical O. r. sa zajedljivim tzv stabilan, budući da paraksijalni snop ne napušta paraksijalni region nakon refleksije (slika 2, A). Otporan O. p. neosetljivi na male pomake i izobličenja ogledala, koriste se sa aktivnim medijima sa malim pojačanjem (10% po prolazu). Za medije sa visokim pojačanjem koriste se nestabilni OR, u kojima se ne može formirati kaustik; snop koji prolazi u blizini ose rezonatora pod malim uglom u odnosu na nju, nakon refleksije, udaljava se od ose na neodređeno vreme. Na sl. 2( b) dijagram stabilnosti O. r. na različitim odnosi između radijusa R 1 i R 2 ogledala i razmak d između njih. Nezasjenjena područja odgovaraju prisutnosti kaustika, a zasjenjena područja odgovaraju njihovom odsustvu. Tačke koje odgovaraju rezonatoru sa ravnim (P) i koncentričnim (K) zrcalima leže na granici zasjenjenih područja. Na granici između stabilnog i nestabilnog O. p. nalazi se i konfokalni O. rijeke. ( R1 = R 2 = d). Iz otporne rijeke O. max. često se koristi polukonfokalna ( R1= x R 2 = 2d), od nestabilnog - teleskopskog O. p. ( R1+ R2 = 2d). Gubici zračenja u nestabilnom O. r. za oscilacije viših tipova mnogo je veća nego za glavne. fluktuacije. Ovo omogućava postizanje monomodnog generisanja lasera i povezane visoke usmjerenosti zračenja.

Rice. 2. Formiranje kaustika ( A) i dijagram stabilnosti rezonatora sa dva ogledala ( b): znak plus označava područja stabilnosti; minus - područja nestabilnosti; pune linije su granice ovih regiona; P - rezonator sa ravnim ogledalima; Konf. - konfokalni rezonator; K - koncentrični rezonator; isprekidana linija - linija teleskopskih rezonatora.

Teorija. Električna distribucija polja E održiva O. p. u ravni okomitoj na O. osu rijeke. ( z) je opisan izrazom

Evo E 0- koeficijent koji određuje amplitudu polja; N t, str- Hermitski polinomi (vidi Ortogonalni polinomi) t-th i n ti stepeni: H 0 (x) = 1, H 1 (x) \u003d 2x, H 2 (x) = 4x 2 - 2, H 3 (x) = 8x 3 - 12x; W- poprečni radijus uzdužnog moda (na udaljenosti od ose O. R., jednako W, gustoća energije longitudinalnog moda opada u e jednom). Ovisnost W(z) ima oblik

gdje se a z računa od tzv. struka uzdužnog moda, odnosno od te tačke na osi rezonatora, gde njegov poluprečnik ima najmanji. vrijednost jednaka W0(Sl. 2, A). Udaljenost od struka do ogledala R1

radijus uzdužnog moda u struku

Frekvencijski spektar O. r. s dva ogledala. je dato uslovom

Raspodjela polja na ogledalu prikazana je na sl. 3. Budući da je frekvencijski spektar dvozrcalnog O. r. degenerisan (zavisi samo od sume t+ n, ali ne iz svakog indeksa posebno). E(x, y) može se razlikovati od (1). Specifični oblik raspodjele ovisi o slabim uznemirujućim dejstvima dijafragme ili drugih objekata u području koje zauzima snop. Posebno, uz aksijalnu simetriju, moguće su raspodjele polja (slika 4), koje su opisane cilindrično. koordinate ( r,, z) izraz

Evo l, str- indeksi oscilacija, koji određuju koliko puta polje prelazi na 0 prilikom promjene r I W(z) je polumjer uzdužnog moda; - generalizirani Laguerreov polinom:

Spectrum O. r. sa aksijalnom simetrijom određena je relacijom (2), gdje je ( T + P+ 1) treba zamijeniti sa ( 2p + l+ 1).

Rice. 3. Raspodjela polja na ogledalu sa pravokutnom simetrijom.

Rice. 4. Raspodjela polja na ogledalu sa aksijalnom simetrijom; * odgovara raspodjeli polja nakon dodavanja dva ortogonalno polarizirana moda.

Kompozitni rezonator. Pored ogledala O. p. često sadrži tzv. aktivni elementi (ploče, sočiva, itd.). Kompozit O. p. može raditi na dva načina, ovisno o tome da li se zračenje reflektirano od međupovršina koristi ili gubi. Ako se koristi reflektirano zračenje, onda O. r. pozvao pristao. Svaki dio koordiniranog O. R.-a, zaključen između dva susjedna sučelja, može se smatrati zasebnim. rezonator, a poprečni modovi ovih rezonatora su odabrani tako da se poklapaju na interfejsima. Uslov podudaranja (slika 5) ima oblik

Dogovoreno O. r. ima ne-ekvidistantan spektar i može se koristiti za razrjeđivanje longitudinalnog spektra O. p. (vidi dolje).
Važan problem u slučaju kompozitnog O. p. je eff. popunjavanje aktivnog medija lasera poljem odabranog moda. Ako kompozitni O. r. ima os ili ravan simetrije, tada je uzdužni mod (kao u slučaju O, r.) s dva ogledala Gausov snop (vidi Sl. Kvazi-optika Njegov prolazak kroz optički. elementi su opisani matricama ovih elemenata (vidi Matrične metode u optici), i prolaz kroz O. p. je opisan matricom koja je proizvod matrica njenih optičkih komponenti. elementi. U ovom slučaju, kompleksni parametar Gausovog snopa q određuje ur-cija

Cq 2 + (D - A)q - B = 0.

Coef. A B C D formiraju matricu od O. p. Ovo je jednadžba, kao i omjeri R= -l, = [kIm(1 /q)] -1 omogućava određivanje poprečnog radijusa snopa i polumjera zakrivljenosti valnog fronta R u bilo kojoj sekciji rezonatora.

Izbor longitudinalnog načina rada. Za razrjeđivanje (izbor) longitudinalnih modova koji imaju istu poprečnu distribuciju polja, ali se razlikuju po frekvenciji, koriste se rezonatori koji sadrže disperzivne elemente (prizme, difrakcijske rešetke, interferometri itd.). Konkretno, aditiv se koristi kao disperzioni element. O. R., povezan sa glavnim i formiranjem tzv. ekvivalentno ogledalo, koeficijent refleksije to-rogo r ovisi o frekvenciji v. Za uklanjanje jednog od longitudinalnih modova iz spektra, maks. pogodno linearno troogledalo O. r. (Sl. 6, A), da izoluje jedan longitudinalni mod u spektru - Fox-Smith rezonator (slika 6, b) i T-oblika (sl. 6, V). U nekim slučajevima je prikladno O. rijeka. Michelson (sl. 6, G).

Rice. 6. Razne vrste spregnutih rezonatora (I) i frekvencijska zavisnost koeficijenta refleksije ekvivalentnog zrcala v(II).

Laseri u boji koriste kombinaciju difrakcije rešetka i interferometar Fabry - Perot (slika 7). U ovom slučaju interferometar izdvaja jedan longitudinalni mod, a rešetka sprječava generiranje na drugim redovima interferometra. Sočiva L 1 i L 2, formiraju tzv. teleskopa, oni poklapaju uski snop koji prolazi kroz aktivni medij A sa širokim snopom koji ulazi u interferometar i rešetku.Aktivni medij u takvom O. r. također igra ulogu dijafragme koja oslobađa glavnu. poprečna moda. Takav O. r. omogućio je stvaranje jednofrekventnog podesivog u širokom rasponu laseri za bojenje.

Rice. 7. Rezonator koji sadrži disperzivne elemente (koristi se u laserima na boji). A - kiveta sa aktivnim medijumom; Z - neprozirno ili djelomično prozirno ogledalo; I - Fabry-Perot interferometar; D - difrakciona rešetka.

Izbor poprečnih modova zasniva se na razlici u distribuciji polja transverzalnih modova sa različitim T I P. Budući da je obično potrebno istaknuti glavno. moda, do raja ima min. ugao, divergencija, Gausova raspodjela i min. dužine u poprečnom smjeru, tada se dijafragma snopa nanosi unutar O. p. Polumjer dijafragme trebao bi biti približno jednak poprečnom radijusu moda koji slijedi glavni. U ovom slučaju gubici svih načina rada, osim glavnog, značajno se povećavaju.
Prilikom odabira poprečnih modova potrebno je da preostala jedinica. mod je efektivno ispunio aktivni medij. Zbog toga su važne granice zona stabilnosti (Sl. 2, 6 ), pri čemu se poprečne dimenzije modova povećavaju: 1) radijus moda se povećava u cijelom volumenu ako je udaljenost d između ogledala je konstantan, a radijusi zakrivljenosti ogledala Rl I R2(ovo uvelike povećava osjetljivost rezonatora na neusklađenost); 2) radijus moda se povećava na 1. ogledalu i smanjuje na 2. if dR 1(R2 >R1); 3) radijus moda se povećava na 2. ogledalu i smanjuje na 1. if d R 2 ; 4) radijus moda se povećava na oba zrcala i smanjuje se u području njihovih centara zakrivljenosti ako d (R1 + R 2).
Ako je potrebno, dodjela na-l. najvišeg moda, na nultu liniju distribucije polja ovog moda postavlja se tanka raspršujuća nit, koja ne utiče na izabrani mod i potiskuje druge modove koji se ne pretvaraju u 0 na ovoj liniji.
Rezonatori sa anizotropnim elementima. Polarizacija laserskog zračenja određena je tzv. anizotropni elementi koji su u O. rijeke. Takvi elementi su dvolomne ploče, polarizatori, supstance koje imaju optička aktivnost itd., kao i Brewsterove ploče i dielektrik. ogledala pod kosim upadom zračenja na njih. Polarizacija je određena metodom Jonesove matrice. Istovremeno, polarizacija matrica svih O. r. je proizvod matrica njegovih sastavnih elemenata, raspoređenih redoslijedom kojim zračenje prolazi kroz te elemente, počevši od mjesta gdje je potrebno odrediti stanje polarizacije. Vlastiti polarizacioni vektori. matrice su Jonesovi vektori E(E x, E y) polja generirana u O. r. Stupanj polarizacije e i smjer Ch. ose polarizacione elipse a određene su relacijama

Gdje R = |E x | / |E y |,= arcig( E y /E x).

Prilagođeni moduli vrijednosti Jonesove matrice određuju gubitke O. R. zbog polarizatora i njihove vlastite faze. vrijednosti - polarizacija. korekcije frekvencija odgovarajućih modova. Odabirom anizotropnih elemenata moguće je postići željeno stanje polarizacije. S obzirom na to da anizotropni elementi obično imaju primjetnu disperziju, mogu se koristiti i za stanjivanje longitudinalnog spektra.

Prstenasti rezonatori. Spektar sopstvenih. frekvencije prstena O. p., formiranog od tri identična sferna. radijus ogledala R nalazi se na vrhovima jednakostraničnog trougla sa stranom A(slika 8), određena je relacijom

Rice. 8. Prstenasti optički rezonatori.

Suženja moda se nalaze na sredinama stranica trougla; poprečna proširenja modusa u predjelu struka u ravnini aksijalne konture jednaka su:

Ako rezonator ima samo jedno sferno ogledalo i dva ravna ogledala (Sl. 8,6) , tada je njegov spektar određen relacijom

Poprečni produžeci modusa u predjelu struka, koji se nalazi na sredini stranice trokuta nasuprot sfernoj. ogledalo u ravni rezonatora jednaki su:

optički sistem koji formira O. rijeke. sa neplanarnom konturom, npr. sistem od 4 ogledala koja se nalaze na vrhovima tetraedra (slika 8, V), odlikuje se činjenicom da se slika objekta konstruisana uz pomoć ovog sistema rotira u odnosu na sam objekat za određeni ugao karakterističan za ovaj sistem. Za tetraedar, ovaj ugao je gdje su uglovi između susjednih ravni upada zraka na ogledala (tetraedra), koji se računaju tako da tetraedar leži unutar ugla. Uzdužna moda O. rijeka. sa neplanarnom konturom je snop, u kojem Ch. eliptične osi. distribucije amplitude su raspoređene pod određenim uglom u odnosu na Ch. linije zakrivljenosti talasnog fronta. Zbog toga se distribucija amplitude podvrgava rotaciji tokom prostiranja zraka u slobodnom prostoru, čime se kompenzuje rotacija zbog volumetrijskog rasporeda ogledala. Prsten O. rijeka. s neplanarnom konturom koriste se, na primjer, u laserski žiroskopi. Oni omogućavaju, posebno, da se riješi anizotropije svojstvene prstenu O. p. sa ravnim obrisom.

Nestabilni rezonatori imaju velike gubitke radijacije u ekst. prostor (vidi gore). Gubici rastu sa povećanjem T I P, zbog ovog nestabilnog O. p. obezbediti single-mode (prema T I P) generacija. Prednost nestabilnog O. p. je veliki poprečni opseg glavnog. načina rada, zbog čega se mogu koristiti s aktivnim medijima velikog poprečnog presjeka. U pravilu se energija iz nestabilnog O. R. izdvaja ne kroz ogledala, kao u stabilnom O. R., već iza ivica jednog od ogledala. U nestabilnoj rijeci O. bitnu (negativnu) ulogu igra talas koji se reflektuje od ivice ogledala i konvergira ka osi optičkog talasa. Da bi se smanjio takav odsjaj, koristi se zaglađivanje ruba ogledala, na koji je pričvršćen zvjezdasti oblik, rubovi su zaobljeni itd.
Main moda nestabilnog O. r. formirana od dva sferna talasi koji se šire između ogledala jedno prema drugom. U slučaju teleskopske nestabilna O. rijeka. (Sl. 9) jedan od talasa može biti ravan. Centar sfernog talasi leže u daljini x = R 2/2 iza konveksnog ogledala poluprečnika zakrivljenosti R 2. Konkavno ogledalo mora imati radijus zakrivljenosti | R1 | = R 2 + 2d (R l< 0). При достаточно больших поперечных размерах 1-го зеркала пучок излучения кольцевой формы выводится в сторону выпуклого зеркала с волновым фронтом, близким к плоскому.
Nestabilna rijeka O. sa rotacijom, polja se formiraju defokusirajućim sistemom ogledala koji se nalaze na vrhovima neplanarnog poligona. Međutim, većina Važni su O. r., formirani od dva diedralna ugaona reflektora (slika 10), čije su ivice okrenute pod uglom jedna u odnosu na drugu. Ako jedan ili više lica reflektora su konveksna, zatim O. p. nestabilno.

Rice. 9. Nestabilan teleskopski rezonator.

Rice. 10. Linearni rezonator sa rotacijom polja, formiran od ugaonih reflektora.

Polje prolazi kroz rotaciju kroz ugao tokom potpunog zaobilaženja takvog rezonatora. Rotacijom polja moguće je izvući zračenje u obliku ne prstenastog snopa, kao u običnom nestabilnom O. R., već jednostavno povezanog kompaktnog snopa (slika 11).

Rice. 11. Ekstrakcija energije u obliku kompaktnog jednostavno povezanog snopa iz nestabilnog rezonatora sa rotacijom polja za AU- ivica ugaonog reflektora ogledala, u blizini koje izlazi snop zračenja (zasjenjen), NN"- ivica istog ogledala, GG" - ivica drugog ugla reflektora.

Lit.: Vainshtein L.A., Otvoreni rezonatori i otvoreni talasovodi, M., 1966; Ananiev Yu. A., Optički rezonatori i problem divergencije laserskog zračenja, M., 1979; Priručnik o laserima, trans. sa engleskog, ur. A. M. Prokhorova, tom 2, M., 1978, gl. 22, 23; Karlov N.V., Predavanja o kvantnoj elektronici, 2. izd., M., 1988.

Pronalazak se odnosi na lasersku tehnologiju i namenjen je prvenstveno za upotrebu u gasnom laseru. Tehnički rezultat izuma je stvaranje optičkog rezonatora, koji omogućava minimiziranje težinskih i veličinskih karakteristika plinskih lasera i poboljšanje proizvodnosti njihove proizvodnje. Prstenasti optički rezonator sadrži sistem ogledala koji formira optičku osu u obliku zatvorene isprekidane linije. Ogledala sistema su postavljena duž površina prstenaste šupljine formirane cilindričnim koaksijalnim površinama. U ovom slučaju, ogledala su smještena jedno u odnosu na drugo tako da formiraju, u poprečnom presjeku okomitom na os koaksijalnih cilindričnih površina, optičku os u obliku zatvorene izlomljene linije čiji segmenti sijeku prstenasti šupljina. 2 ill.

Crteži prema RF patentu 2388123

Pronalazak se odnosi na lasersku tehnologiju i namenjen je prvenstveno za upotrebu u gasnom laseru.

Linearni optički rezonatori sa ogledalima smeštenim na jednoj pravoj liniji, koja je zajednička optička osa ogledala (os rezonatora) se široko koriste u dizajnu tehnoloških lasera (Tarasov L.V. Laseri i njihova primena. "Radio i komunikacija", 1983). Nedostatak navedenih rezonatora je povišene vrijednosti karakteristike težine i veličine laserskih instalacija napravljenih na njihovoj osnovi. To je zbog činjenice da su laserski protočni kanali namijenjeni za pumpanje plinovitog aktivnog medija u obliku kutije pravokutnog poprečnog presjeka. Proizvodnost takvog dizajna je niska, jer je potrebna posebna oprema za visoko preciznu obradu pravokutnih kanala.

Poznati prstenasti optički rezonatori obezbjeđuju cirkulaciju svjetlosnog toka u nekom zatvorenom kolu. Ovo se postiže korišćenjem sistema od tri (ili više) ogledala na odgovarajući način pozicionirana jedno u odnosu na drugo. (Fizički enciklopedijski rečnik. M.: Sovjetska enciklopedija, 1983, str. 500). Nedostatak poznatih prstenastih rezonatora je što se njihovom upotrebom ne postiže potrebno smanjenje parametara težinskih i veličinskih karakteristika laserske instalacije.

Cilj izuma je otklanjanje nedostataka poznatog prstenastog optičkog rezonatora i stvaranje prstenastog rezonatora koji omogućava minimiziranje težinskih i veličinskih karakteristika gasnih lasera i poboljšanje proizvodnosti njihove proizvodnje.

Zadatak se postiže činjenicom da se u predloženom prstenastom optičkom rezonatoru koji sadrži sistem ogledala koja formira optičku osu u obliku zatvorene isprekidane linije, ogledala sistema postavljena duž površina prstenaste šupljine formirane cilindričnim koaksijalnim površine, dok su ogledala smještena jedno u odnosu na drugo tako da formiraju u presjeku okomitom na os koaksijalnih cilindričnih površina, optičku os u obliku zatvorene izlomljene linije, čiji segmenti sijeku prstenastu šupljinu.

Poboljšati radna svojstva laserske instalacije zbog

minimiziranje njegovih karakteristika težine i veličine;

Smanjite troškove proizvodnje laserskog sistema povećanjem njegove proizvodnosti.

Suština izuma je ilustrovana na slici 1, slika 2, koja prikazuje projekciju konstruktivna shema prstenasti optički rezonator (u daljem tekstu "rezonator").

Slika 1 prikazuje uzdužnu odjeljak B-B sa slikom strukturnih elemenata rezonatora. Slika 2 prikazuje (u uvećanoj mjeri) poprečno dio A-A sa slikom strukturnih elemenata rezonatora.

Pozicije su označene:

1 - ogledalo smješteno duž vanjske cilindrične površine;

2 - ogledalo koje se nalazi duž unutrašnje cilindrične površine;

3 - sistem ogledala 1, 2;

4 - optička osa sistema ogledala;

5, 6 - koaksijalne cilindrične površine - vanjske i unutrašnje;

7 - prstenasta šupljina;

8 - osa koaksijalnih cilindričnih površina;

9 - izlazni prozor laserskog svetlosnog snopa;

10 - zračna rupa(e);

11 - segment optičke ose - pravac početne pobude aktivnog medija;

12 - otvor za ulaz fotona početne pobude aktivnog medija.

Strelice "Ulaz", "Izlaz" na Sl.1 pokazuju smjer protoka aktivnog medija kroz prstenastu šupljinu 7 rezonatora.

Rezonator, sl.1, 2, je sastavni deo lasera i dizajniran je da pobuđuje elektromagnetne talase u optičkom opsegu (ostatak lasera na sl.1, 2 nije prikazan).

Rezonator je sistem (skup) 3 ogledala 1, 2 koji se nalaze duž površina prstenaste šupljine 7 formirane koaksijalnim cilindričnim površinama 5 i 6. Ogledala 1, 2 sistema 3 su smještena jedno u odnosu na drugo tako da se formiraju u presjeci A (Sl.2), okomito na osu 8 koaksijalnih cilindara 5 i 6, optička osa 4 u obliku zatvorene isprekidane linije, čiji segmenti sijeku prstenastu šupljinu 7.

U stvarnom dizajnu gasnog lasera, duž površina prstenaste šupljine 7 nalaze se zidovi kućišta lasera, formirajući kanal. U kanalu je ugrađen sistem ogledala 3 po kojem se pumpa gas, koji je aktivni medij sa postignutim inverzionim stanjem (uređaj za postizanje stanja inverzije aktivnog medija se ovdje ne razmatra).

Rezonator radi na sljedeći način.

Da bi se rezonator prebacio u stacionarni način generiranja, u aktivnom mediju stvara se početna pobuda (šok), na primjer, u obliku fotona koji se emituju kroz otvor 12 duž segmenta 11 optičke ose rezonatora (uređaj za generiranje početne pobude aktivnog medija ovdje se ne razmatra).

Pomenuti fotoni, koji se više puta reflektuju od ogledala 1, 2 sistema 3, iznova i iznova prolaze kroz aktivnu sredinu duž zatvorene isprekidane linije optičke ose 4, izazivajući sve veću lavinu činova stimulisane emisije. Proces je praćen gubicima energije. Gubici se sastoje od unutrašnjih gubitaka (na primjer, zbog apsorpcije i raspršivanja svjetlosti u aktivnom mediju, ogledalima i drugim laserskim elementima) i gubitaka zračenja energije kroz izlazni prozor 9. Izlazni prozor je napravljen u obliku prozirno ogledalo ili u obliku ogledala sa zračećim otvorom (rupama) 10.

Uz kontinuiranu proizvodnju, lavinsko povećanje snage stimulirane emisije ograničeno je nelinearnim procesima u aktivnom mediju i snagom izvora pumpe. Kao rezultat ovih ograničenja, zaustavlja se rast intenziteta talasa.

Rad rezonatora (omogućava lasersko zračenje) nastavlja se za vrijeme održavanja pumpanja aktivnog medija iz vanjskog izvora energije.

Ogledala sistema 3 mogu biti izrađena ili u obliku skupa pojedinačnih elemenata 1 (slika 2), ili u obliku jednog komada - prstena, čiji rubovi čine ogledala 2 (slika 2).

Ukoliko je potrebno promijeniti prostorne karakteristike laserskog snopa, koriste se poznata tehnička sredstva koja se ovdje ne razmatraju.

Predloženi dizajn rezonatora se takođe može koristiti u laserima u čvrstom stanju.

Kombinacija gore navedenih bitnih karakteristika u implementaciji pronalaska omogućava postizanje sljedećih tehničkih rezultata:

Smanjenje težinskih i veličinskih karakteristika plinskog lasera zbog izvođenja njegovog protočnog dijela osnosimetričnog oblika umjesto kutijastog. Smanjenje karakteristika težine i veličine posebno je važno za lasere namijenjene postavljanju na vozila;

Smanjite troškove proizvodnje lasera povećanjem njegove proizvodnosti zamjenom dijelova tijela kutijastog rezonatora osnosimetričnim.

TVRDITI

Prstenasti optički rezonator koji sadrži sistem ogledala koji formira optičku osu u obliku zatvorene isprekidane linije, naznačen time što su ogledala sistema postavljena duž površina prstenaste šupljine formirane cilindričnim koaksijalnim površinama, dok su ogledala smještena jedna u odnosu na drugu tako da formiraju u poprečnom presjeku okomitom na os koaksijalne cilindrične površine, optičku os u obliku zatvorene isprekidane linije, čiji segmenti sijeku prstenastu šupljinu.

Prstenasti rezonator je rezonator u kojem se laserski snop, prošavši kroz cijeli sistem, zatvara na sebe. Prstenasti rezonator sadrži tri ili više ogledala raspoređenih pod uglom jedno prema drugom. Kao primjer, na sl. 2.13 prikazuje optičku šemu rezonatora sa četiri ogledala.

Rice. 2.13. Optička shema prstenastog rezonatora sa četiri ogledala (ogledala M 1, M 2 i M 3 su gusta; ogledalo M 4 je prozirno)

Postoje prstenasti rezonatori sa ravnom optičkom aksijalnom konturom (planarni rezonatori) i sa neplanarnom optičkom aksijalnom konturom (neplanarni rezonatori). Glavna karakteristika prstenastih rezonatora je da su njihovi modovi putujući valovi, zbog čega se nazivaju rezonatorima putujućih valova. U ovom slučaju, svi modovi čine dvije grupe protupropagirajućih valova koji praktički ne interaguju jedan s drugim.

Da bi se opisali prstenasti rezonatori, potrebno je uzeti u obzir njihova polarizaciona svojstva. Takav rezonator uvijek sadrži anizotropne elemente, koji dovode do kontinuirane promjene polarizacije snopa. Najjednostavniji primjer takvog elementa je višeslojno dielektrično ogledalo s kosim upadom elektromagnetnih valova na njega. Proučavanje polarizacijskih svojstava laserskog snopa omogućava

pronaći spektralne udaljenosti između modova različitih polarizacija, kontrapropagirajućih modova itd.

Pogodno je izračunati prirodne oscilacije planarnih prstenastih rezonatora pomoću ABCD matrice, koja je proizvod matrica pojedinačnih optičkih elemenata kroz koje prolazi svjetlost (vidi Dodatak 1). Rezonantne frekvencije planarnog prstenastog rezonatora određene su relacijom

Ovdje je a stranica kvadrata, R je polumjer zakrivljenosti zrcala koja formiraju rezonator.

2. Spektar rezonatora formiranog od tri identična ogledala smještena na vrhovima pravilnog trougla određen je relacijom

Glavni problem u primjeni prstenastih rezonatora u laserskoj tehnologiji je smanjenje interakcije između protupropagirajućih valova. U tom cilju, talasi koji se suprotstavljaju se, ako je moguće, razdvajaju po frekvenciji uz pomoć nerecipročnih anizotropnih elemenata, a njihova polarizacija se pokušava učiniti ortogonalnom.

Teorija neplanarnih rezonatora je mnogo komplikovanija i manje razvijena od teorije planarnih rezonatora, iako su njihova svojstva vrlo atraktivna sa praktične tačke gledišta. Ova tema nije razmatrana u ovom radu.

2.3.5. Efikasnost pretvorbe energije pumpe u laserskim rezonatorima

Jedan od glavnih zahtjeva za laserski rezonator je visoka efikasnost pretvaranja energije pohranjene u pobuđenom AS u energiju laserskog zračenja. Da bi se to postiglo, moraju biti ispunjeni sljedeći uslovi:

1) odabrati dimenzije i raspored ogledala rezonatora tako da ceo volumen AS je bio jednoliko ispunjen laserskim zračenjem;

2) optimizirati vrijednosti koeficijenta apsorpcije T i refleksije R ogledala rezonatora. Ove vrijednosti određuju gubitke koji se javljaju unutar rezonatora.

IN idealizirani slučaj, maksimalno moguće uklanjanje energije iz jedinične zapremine AS je određen gustinom fluksa laserskog zračenja (ρ, broj fotona cm-2 s-1 ), fotoni u kojima se proizvode u zapremini AS u jedinici vremena. Međutim, tok fotona koji je nastao u AS prolazi

With sa gornjeg nivoa na niže nivoe na dva načina: spontano i prisilno. Zauzvrat, dio fotona stimuliranih prijelaza se apsorbira unutar rezonatora (štetni gubici), a dio izlazi u obliku korisnog laserskog zračenja. U skladu sa ovim razmatranjima, izraz za efikasnost konverzije energije može se predstaviti kao proizvod dva faktora:

gdje su ρ1 i ρ2 gustina fotona u spontanoj i stimuliranoj emisiji.

Dakle, procjena efikasnosti konverzije energije za multimodnu generaciju, uzimajući u obzir sve faktore i gubitke zračenja u rezonatoru, dovodi do jednačine koja ovisi o mnogim komponentama i geometrijskim faktorima rezonatora, a ima oblik:

proporcionalnost između inverzne populacije i k 0 us ; L je dužina rezonatora; R je koeficijent refleksije izlaznog ogledala rezonatora; P nac . je snaga pumpe.

Situacija sa proračunom efikasnosti lasera u slučaju jednomodnog generisanja pokazuje se složenijom, međutim, jednačina (2.29) pokazuje metodu optimizacije parametara rezonatora, u kojoj se udio spontane emisije smanjuje i , istovremeno se povećava udio izlazne snage lasera.

Prstenasti rezonator

Prstenasti rezonator- optički rezonator, u kojem se svjetlost širi po zatvorenoj putanji u jednom smjeru. Volumetrijski prstenasti rezonatori se sastoje od tri ili više ogledala orijentiranih tako da se svjetlost sukcesivno odbija od svakog od njih, čineći potpunu revoluciju. Prstenasti rezonatori nalaze široku primjenu u laserskim žiroskopima i laserima. U fiber laserima se koriste posebne izvedbe fiber ring rezonatora, obično u obliku optičkog vlakna zatvorenog u prsten sa WDM spojnicama za unos zračenja pumpe i izlaz generiranog zračenja.

vidi takođe

• Rezonator Fabry - Perot

Književnost

• Zvelto O. Principi lasera = Principi lasera. - 3. izd. - M.: Mir, 1990. - 558 str. - ISBN 5-03-001053-X
• Agrawal G.P. Svjetlosna tehnologija: komponente i uređaji. - Wiley-IEEE, 2004. - 427 str. - ISBN 9780471215738
• Agrawal G.P. Primjena nelinearnih optičkih vlakana. - 2nd ed. - Academic Press, 2008. - Vol. 10. - 508 str. - (Serija Optika i Photonis). - ISBN 9780123743022

Linkovi

• Optički rezonator- članak iz Fizičke enciklopedije

Wikimedia fondacija. 2010 .

• Prsten (električni depo)
• Struja prstena

Pogledajte šta je "Ring rezonator" u drugim rječnicima:

prstenasti rezonator- Optički rezonator u kojem se širenje elektromagnetnih oscilacija događa u zatvorenom kolu. [GOST 15093 90] Teme laserska oprema EN prstenasti rezonator… Priručnik tehničkog prevodioca

prstenasti rezonator- žiedinis rezonatorus statusas T sritis fizika atitikmenys: engl. prstenasta šupljina; prsten rezonator vok. Ringresonator, m rus. prstenasti rezonator, m pranc. resonateur annulaire, m … Fizikos terminų žodynas

prstenasti rezonator- Otvoreni rezonator, čija zrcala osiguravaju širenje elektromagnetnih valova duž zatvorenog kola ... Politehnički terminološki rječnik

RING LASER- vidi čl. Optički rezonator. Fizička enciklopedija. U 5 tomova. Moskva: Sovjetska enciklopedija. Glavni i odgovorni urednik A. M. Prokhorov. 1988... Physical Encyclopedia

Optički rezonator- skup od nekoliko reflektirajućih elemenata koji formiraju otvoreni rezonator (za razliku od rezonatora sa zatvorenim šupljinama koji se koriste u mikrovalnom opsegu), formirajući stajaći svjetlosni val. Optički rezonatori su jedan od glavnih elemenata ... ... Wikipedia

OPTIČKA ŠUPLJINA- uređaj u kojem stoji ili trči email može biti uzbuđen. magn. optički talasi. domet. O. r. je zbirka od nekoliko ogledala i yavl. otvoreni rezonator, za razliku od većine šupljih rezonatora koji se koriste u asortimanu ... ... Physical Encyclopedia

fiber laser- Femtosekundni erbijum laser sa svim vlaknima. Fiber laser laser, aktivni medij i, eventualno, rezonator koji su elementi optičkog ... Wikipedia

laserski žiroskop- Šema laserskog žiroskopa. Ovdje laserski snop kruži uz pomoć ogledala i stalno se pojačava laserom (tačnije, kvantnim pojačalom). Zatvorena petlja ima granu kroz prozirno ogledalo (ili, na primjer, kroz prorez) u senzor zasnovan na ... Wikipedia

laser broj osam- Fiber laser sa prstenastim rezonatorom u obliku osmice. U: zračenje pumpe. Out: izlazno zračenje. 1: aktivno vlakno. 2: polarizator. 3: optički izolator. 4 WDM spojnica. 50:50 djelitelj 50 / ... Wikipedia

Istorija pronalaska lasera- 1917. A. Einstein predstavlja koncept stimulirane emisije 1920. I. Frank i F. Reiche potvrdili postojanje metastabilnih stanja u pobuđenom stanju 1927. Paul Dirac stvara kvantnu teoriju stimulirane emisije 1928. R. Ladenburg ... ... Wikipedia