Resonador de anillo partido. resonador de anillo

CAVIDAD ÓPTICA- una colección de varios elementos reflectantes que forman resonador abierto(a diferencia de cerrado resonadores de cavidad utilizado en la gama de microondas). para longitudes de onda< 0,1 см использование закрытых резонаторов, имеющих размеры d~ difícil debido a la pequeñez d y grandes pérdidas de energía en las paredes. El uso de resonadores de cavidad con d> también imposible debido a la excitación de un gran número de propiedades en ellos. las oscilaciones se cierran en frecuencia, como resultado de lo cual las líneas resonantes se superponen y las propiedades resonantes prácticamente desaparecen. Ladrón. elementos reflectantes no forman una cavidad cerrada, por lo que la mayoría de los suyos. las oscilaciones están fuertemente amortiguadas y sólo una pequeña parte de ellas está débilmente amortiguada. Como resultado, el espectro de la resultante O. p. muy escaso
O. - sistema de resonancia láser, que determina la composición espectral y modal de la radiación láser, así como su directividad y polarización. De O. r. depende el relleno del medio activo del láser con el campo de radiación y, en consecuencia, la potencia de radiación extraída del mismo y la eficacia del láser.
El O. p. más simple. es interferómetro de Fabry - Pluma, que consta de dos espejos planos paralelos. Si entre espejos ubicados a distancia d entre sí, una onda plana se propaga normalmente hacia ellos, luego, como resultado de su reflejo en los espejos en el espacio entre ellos, se forman ondas estacionarias (oscilaciones naturales). La condición para su formación es donde q- el número de medias ondas que caben entre los espejos, llamado. índice de oscilación longitudinal (generalmente q~ 10 4 - 10 6). Propio O. frecuencias de río. forma aritmética. progresión con diferencia c/2d(espectro equidistante). De hecho, debido a la difracción en los bordes de los espejos, el campo de oscilación también depende de las coordenadas transversales, y las oscilaciones también se caracterizan por índices transversales. T, PAG, que determinan el número de conversiones de campo a 0 al cambiar las coordenadas transversales. Cuanto más T Y PAG, mayor será la atenuación de las oscilaciones debidas a la radiación hacia el espacio (debido a la difracción de la luz en los bordes de los espejos). mods con t = norte = 0 nombre longitudinal, el resto - transversal.
Dado que el coeficiente la amortiguación de oscilaciones aumenta con el aumento T Y PAG más rápido que el intervalo de frecuencia entre oscilaciones adyacentes, entonces las curvas de resonancia correspondientes a grandes T Y PAG, se superponen y no aparecen las oscilaciones correspondientes. coef. amortiguamiento también depende del número norte Zonas de Fresnel visibles en un espejo dia. R desde el centro de otro espejo ubicado a una distancia del primero d:(cm. zona de fresnel). En N~ 1 permanece 1 - 2 fluctuaciones que acompañan a la principal. oscilación ( q = 1).

resonadores de dos espejos. O. con espejos planos son sensibles a las deformaciones y distorsiones de los espejos, lo que limita su aplicación. O. río se ven privados de esta falta. con esferico espejos (Fig. 1), en los que los rayos, reflejados repetidamente desde espejos cóncavos, no van más allá de la superficie envolvente - cáusticos. Dado que el campo de ondas decae rápidamente fuera de la sosa cáustica, la radiación de la esférica O. con un cáustico es mucho más pequeño que la radiación de un plano O. r.

Arroz. 1. Resonador de dos espejos.

La rarefacción del espectro en este caso se realiza debido al hecho de que las dimensiones de la cáustica crecen con el aumento T Y norte. Para oscilaciones con grandes T Y PAG el cáustico resulta estar ubicado cerca del borde de los espejos o no se forma en absoluto. Esférico O. con un cáustico llamado estable, ya que el haz paraxial no abandona la región paraxial tras la reflexión (Fig. 2, A). Resistente O. p. insensibles a pequeños desplazamientos y distorsiones de los espejos, se utilizan con medios activos con una pequeña amplificación (10% por pasada). Para medios con alta amplificación, se utilizan OR inestables, en los que no se puede formar un cáustico; un rayo que pasa cerca del eje del resonador en un pequeño ángulo con él, después de los reflejos, se aleja del eje indefinidamente. En la fig. 2( b) un diagrama de la estabilidad del O. r. en diferentes relaciones entre radios R 1 y R 2 espejos y espaciado d entre ellos. Las áreas no sombreadas corresponden a la presencia de cáusticos, y las áreas sombreadas corresponden a su ausencia. Los puntos correspondientes a un resonador con espejos planos (P) y concéntricos (K) se encuentran en el límite de las regiones sombreadas. En la frontera entre estable e inestable O. p. también se ubica el O. confocal del río. ( R1 = R 2 = d). Del río O. resistente. máx. semi-confocal se utiliza a menudo ( R1= x R 2 = 2d), de inestable - telescópico O. p. ( R1+ R2 = 2d). Pérdidas por radiación en O. r. inestable. para oscilaciones de tipos superiores es mucho mayor que para las principales. fluctuaciones Esto hace posible lograr la generación monomodo del láser y la alta directividad de radiación asociada.

Arroz. 2. Formación de un cáustico ( A) y el diagrama de estabilidad de resonadores de dos espejos ( b): el signo más marca las áreas de estabilidad; menos - áreas de inestabilidad; las líneas continuas son los límites de estas regiones; P - resonador con espejos planos; Conf. - resonador confocal; K - resonador concéntrico; línea punteada - línea de resonadores telescópicos.

Teoría. Distribución eléctrica campos mi O. p. sostenible en el plano perpendicular al eje de O. del río. ( z) se describe mediante la expresión

Aquí mi 0- coeficiente que determina la amplitud del campo; Nt, pag- Polinomios de Hermite (ver polinomios ortogonales) t-th y norte grados: H 0 (x) = 1, H 1 (x) \u003d 2x, H 2 (x) = 4X 2 - 2, H 3 (x) = 8x3 - 12X; W- el radio transversal del modo longitudinal (a una distancia del eje de la O. R., igual a W, la densidad de energía del modo longitudinal disminuye en mi una vez). Adiccion W(z) tiene la forma

donde a z se cuenta desde el llamado. cintura del modo longitudinal, es decir, desde ese punto en el eje del resonador, donde su radio tiene menos. valor igual a W0(Figura 2, A). Distancia de la cintura al espejo R1

radio del modo longitudinal en la cintura

El espectro de frecuencia de un O. r. de dos espejos. está dada por la condición

La distribución del campo en el espejo se muestra en la fig. 3. Dado que el espectro de frecuencia de un espejo O. r. degenerado (depende sólo de la suma t+ norte, pero no de cada uno de los índices por separado), entonces E(x, y) puede diferir de (1). La forma específica de las distribuciones depende de las débiles acciones perturbadoras de los diafragmas u otros objetos en la región ocupada por el haz. En particular, con simetría axial, son posibles distribuciones de campo (Fig. 4), que se describen en términos cilíndricos. coordenadas ( r,, z) expresión

Aquí yo, pag- índices de oscilación, que determinan el número de veces que el campo pasa a 0 al cambiar r Y W(z) es el radio del modo longitudinal; - polinomio de Laguerre generalizado:

Espectro O. r. con simetría axial está determinada por la relación (2), donde ( T + PAG+ 1) debe ser reemplazado por ( 2p + yo + 1).

Arroz. 3. Distribución de campo en el espejo con simetría rectangular.

Arroz. 4. Distribución de campo en el espejo con simetría axial; * corresponde a la distribución del campo tras la adición de dos modos polarizados ortogonalmente.

resonador compuesto. Además de espejos O. p. a menudo contiene los llamados. elementos activos (placas, lentes, etc.). Compuesto O. p. puede operar en dos modos, dependiendo de si la radiación reflejada por las superficies intermedias se usa o se pierde. Si se usa radiación reflejada, entonces O. r. llamado acordado. Cada parte de la O. R. coordinada, concluida entre dos interfaces adyacentes, puede considerarse separada. resonador, y los modos transversales de estos resonadores se seleccionan para que coincidan en las interfaces. La condición de coincidencia (Fig. 5) tiene la forma

De acuerdo O. r. tiene un espectro no equidistante y se puede utilizar para enrarecer el espectro longitudinal de O. p. (vea abajo).
Un problema importante en el caso de compuestos O. p. es efectivo llenando el medio activo del láser con el campo del modo seleccionado. Si compuesto O. r. tiene un eje o plano de simetría, entonces el modo longitudinal (como en el caso de un O, r. de dos espejos) es un haz gaussiano (ver Fig. cuasi-óptica) Su paso por la óptica. elementos se describen mediante matrices de estos elementos (ver métodos matriciales en óptica), y el paso por O. p. está descrita por una matriz que es el producto de las matrices de sus componentes ópticos. elementos. En este caso, el parámetro complejo del haz gaussiano q determinado por ur-ción

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

coef. A B C D formar una matriz de O. p. Esta es la ecuación, así como las proporciones R= -yo, = [kim(1 /q)] -1 permiten determinar el radio transversal del haz y el radio de curvatura del frente de onda R en cualquier sección del resonador.

Selección de modo longitudinal. Para la rarefacción (selección) de modos longitudinales que tienen la misma distribución de campo transversal pero difieren en frecuencia, se utilizan resonadores que contienen elementos dispersivos (prismas, rejillas de difracción, interferómetros, etc.). En particular, se utiliza un aditivo como elemento de dispersión. O. R., asociado con el principal y formando el llamado. espejo equivalente, coeficiente reflexiones to-rogo r depende de la frecuencia v. Para eliminar uno de los modos longitudinales del espectro, máx. adecuado lineal de tres espejos O. r. (Figura 6, A), para aislar un modo longitudinal en el espectro: el resonador Fox-Smith (Fig. 6, b) y en forma de T (Fig. 6, V). En casos nek-ry es conveniente O. río. Michelson (figura 6, GRAMO).

Arroz. 6. Diversos tipos de resonadores acoplados (I) y dependencia de la frecuencia del coeficiente de reflexión de un espejo equivalente v(II).

Los láseres de colorante utilizan una combinación de difracción rejilla e interferómetro Fabry - Perot (Fig. 7). En este caso, el interferómetro destaca un modo longitudinal y la rejilla impide la generación en otros órdenes del interferómetro. Lentes L 1 y L 2, formando las denominadas. telescopio, hacen coincidir un haz angosto que pasa a través del medio activo A con un haz ancho que ingresa al interferómetro y la rejilla. también juega el papel de un diafragma que libera la principal. moda transversal. Tal O. r. hizo posible crear sintonizables de frecuencia única en una amplia gama láseres de colorante.

Arroz. 7. Resonador que contiene elementos dispersivos (utilizado en láseres de colorante). A - cubeta con medio activo; З - espejo opaco o parcialmente transparente; I - interferómetro de Fabry-Perot; D - rejilla de difracción.

La selección de modos transversales se basa en la diferencia en la distribución de campos de modos transversales con diferentes T Y PAG. Dado que generalmente se requiere resaltar el principal. moda, al paraíso tiene min. ángulo, divergencia, distribución gaussiana y min. longitud en la dirección transversal, entonces el diafragma de la viga se aplica dentro de la O. p. El radio del diafragma debe ser aproximadamente igual al radio transversal del modo siguiente al principal. En este caso, las pérdidas de todos los modos, excepto el principal, aumentan considerablemente.
Al seleccionar modos transversales, es necesario que la unidad restante. el modo llenó efectivamente el medio activo. Por lo tanto, los límites de las zonas de estabilidad son importantes (Fig. 2, 6 ), donde las dimensiones transversales de los modos aumentan: 1) el radio del modo aumenta en todo el volumen si la distancia d entre los espejos es constante, y los radios de curvatura de los espejos Rl Y R2(esto aumenta mucho la sensibilidad del resonador a las desalineaciones); 2) el radio modal aumenta en el primer espejo y disminuye en el segundo si DR 1(R2 >R1); 3) el radio modal aumenta en el segundo espejo y disminuye en el primero si dR2; 4) el radio modal aumenta en ambos espejos y disminuye en la región de sus centros de curvatura si d (R1 + R 2).
Si es necesario, asignación a-l. del modo más alto, se coloca un delgado filamento de dispersión en la línea cero de la distribución del campo de este modo, que no afecta el modo elegido y suprime otros modos que no se vuelven 0 en esta línea.
Resonadores con elementos anisotrópicos. La polarización de la radiación láser está determinada por los llamados. los elementos anisótropos que se encuentran en O. del río. Dichos elementos son placas birrefringentes, polarizadores, sustancias que tienen actividad óptica, etc., así como placas de Brewster y dieléctricos. espejos bajo la incidencia oblicua de la radiación sobre ellos. La polarización se determina mediante el método de la matriz de Jones. Al mismo tiempo, la polarización matriz de todos los O. r. es el producto de las matrices de sus elementos constituyentes, ordenados en el orden en que la radiación pasa a través de estos elementos, comenzando por el lugar donde se requiere determinar el estado de polarización. Propio vectores de polarización. las matrices son vectores de Jones mi(E x, E y) campos generados en O. r. Grado de polarización e y dirección Cap. los ejes de la elipse de polarización a están determinados por las relaciones

Dónde R = |E x | / |E y |,= arco( E y /E x).

Módulos personalizados los valores de la matriz de Jones determinan las pérdidas de O. R. debido a los polarizadores y las fases de los mismos. valores - polarización. correcciones a las frecuencias de los modos correspondientes. Al seleccionar elementos anisotrópicos, es posible lograr el estado de polarización deseado. Teniendo en cuenta que los elementos anisotrópicos suelen tener una dispersión notable, también se pueden utilizar para adelgazar el espectro longitudinal.

resonadores de anillo. Espectro propio. frecuencias del anillo O.p., formado por tres esféricas idénticas. espejos de radio R ubicado en los vértices de un triángulo equilátero de lado A(Fig. 8), está determinada por la relación

Arroz. 8. Resonadores ópticos de anillo.

Las constricciones de modo se encuentran en los puntos medios de los lados del triángulo; las extensiones transversales de los modos en la región de la cintura en el plano del contorno axial son iguales a:

Si el resonador tiene solo un espejo esférico y dos espejos planos (Fig. 8,6) , entonces su espectro está determinado por la relación

Las extensiones transversales de los modos en la región de la cintura, que se encuentra en el medio del lado del triángulo opuesto al esférico. espejo en el plano del resonador son iguales a:

óptico el sistema formando O. de río. con un contorno no plano, p. un sistema de 4 espejos ubicados en los vértices del tetraedro (Fig. 8, V), se caracteriza por el hecho de que la imagen de un objeto construido con la ayuda de este sistema gira con respecto al objeto mismo un cierto ángulo característico de este sistema. Para un tetraedro, este ángulo es donde están los ángulos entre los planos adyacentes de incidencia de los rayos en los espejos (caras del tetraedro), que se cuentan para que el tetraedro quede dentro del ángulo. Forma longitudinal O. río. con un contorno no plano es un paquete, en el que el cap. ejes elípticos. las distribuciones de amplitud se despliegan en un cierto ángulo en relación con el cap. líneas de curvatura del frente de onda. Debido a esto, la distribución de amplitud sufre una rotación durante la propagación del haz en el espacio libre, lo que compensa la rotación debida a la disposición volumétrica de los espejos. Anillo O. río. con un contorno no plano se utilizan, por ejemplo, en giroscopios láser. Permiten, en particular, deshacerse de la anisotropía inherente al anillo O. p. con un contorno plano.

resonadores inestables tienen altas pérdidas de radiación en ext. espacio (ver arriba). Las pérdidas aumentan con el aumento T Y PAG, debido a este inestable O. p. proporcionar monomodo (según T Y PAG) generación. La ventaja de O. p. inestable. es una gran extensión transversal de la principal. modos, como resultado de lo cual pueden usarse con medios activos de gran sección transversal. Por regla general, la energía se extrae de un quirófano inestable no a través de espejos, como en el quirófano estable, sino detrás de los bordes de uno de los espejos. En río O. inestable. la onda reflejada desde el borde del espejo y que converge en el eje de la onda óptica juega un papel esencial (negativo). Para reducir dicho reflejo, se utiliza el alisado del borde del espejo, al que se une una forma de estrella, los bordes se redondean, etc.
Principal moda de inestable O. r. formado por dos esferas ondas que se propagan entre los espejos uno hacia el otro. En el caso de un telescópico río O. inestable. (Fig. 9) una de las ondas puede ser plana. El centro de la esférica. las olas se encuentran en la distancia x = R 2/2 detrás de un espejo convexo con un radio de curvatura R 2. El espejo cóncavo debe tener un radio de curvatura | R1 | = R 2 + 2d (R yo< 0). При достаточно больших поперечных размерах 1-го зеркала пучок излучения кольцевой формы выводится в сторону выпуклого зеркала с волновым фронтом, близким к плоскому.
Río O. inestable. con la rotación, los campos están formados por un sistema de desenfoque de espejos ubicados en los vértices de un polígono no plano. Sin embargo, la mayoría O. r. son importantes, formados por dos reflectores de esquina diédricos (Fig. 10), cuyos bordes están girados en un ángulo relativo entre sí. Si uno o varios las caras de los reflectores son convexas, entonces O. p. inestable.

Arroz. 9. Resonador telescópico inestable.

Arroz. 10. Resonador lineal con rotación de campo, formado por reflectores de esquina.

El campo experimenta una rotación en un ángulo durante una derivación completa de dicho resonador. Con la rotación de campo, es posible extraer radiación en forma no de un haz anular, como en un quirófano inestable ordinario, sino de un haz compacto simplemente conectado (Fig. 11).

Arroz. 11. Extracción de energía en forma de haz compacto simplemente conectado de un resonador inestable con rotación de campo por C.A.- el borde del reflector de esquina del espejo, cerca del cual sale el haz de radiación (sombreado), NN"- borde del mismo espejo, GG" - borde del segundo reflector de esquina.

Iluminado.: Vainshtein L.A., Resonadores abiertos y guías de ondas abiertas, M., 1966; Ananiev Yu. A., Los resonadores ópticos y el problema de la divergencia de la radiación láser, M., 1979; Manual de láseres, trad. del inglés, ed. A. M. Prokhorova, volumen 2, M., 1978, cap. 22, 23; Karlov N.V., Conferencias sobre electrónica cuántica, 2ª ed., M., 1988.

La invención se refiere a la tecnología láser y está destinada principalmente para su uso en un láser de gas. El resultado técnico de la invención es la creación de un resonador óptico, que permite minimizar las características de peso y tamaño de los láseres de gas y mejorar la fabricabilidad de su fabricación. El resonador óptico de anillo contiene un sistema de espejos que forman un eje óptico en forma de línea discontinua cerrada. Los espejos del sistema se instalan a lo largo de las superficies de la cavidad anular formada por superficies coaxiales cilíndricas. En este caso, los espejos están ubicados uno respecto del otro de modo que forman, en una sección transversal perpendicular al eje de las superficies cilíndricas coaxiales, un eje óptico en forma de línea discontinua cerrada, cuyos segmentos se cruzan con el anular cavidad. 2 malos.

Dibujos de la patente RF 2388123

La invención se refiere a la tecnología láser y está destinada principalmente para su uso en un láser de gas.

Los resonadores ópticos lineales con espejos ubicados en una línea recta, que es el eje óptico común de los espejos (eje del resonador), se usan ampliamente en el diseño de láseres tecnológicos (Tarasov L.V. Lasers y su aplicación. "Radio y comunicación", 1983). La desventaja de los resonadores mencionados es valores elevados características de peso y tamaño de las instalaciones láser hechas sobre su base. Esto se debe al hecho de que los canales de flujo del láser destinados a bombear el medio activo gaseoso tienen forma de caja con una sección transversal rectangular. La capacidad de fabricación de dicho diseño es baja, ya que se requiere un equipo especial para el procesamiento de canales rectangulares de alta precisión.

Los resonadores ópticos de anillo conocidos proporcionan la circulación del flujo de luz en algún circuito cerrado. Esto se logra usando un sistema de tres (o más) espejos adecuadamente colocados entre sí. (Diccionario enciclopédico físico. M.: Enciclopedia soviética, 1983, p. 500). La desventaja de los resonadores de anillo conocidos es que cuando se usan, no se logra la reducción necesaria en los parámetros de las características de peso y tamaño de la instalación láser.

El objetivo de la invención es eliminar las deficiencias del resonador óptico de anillo conocido y crear un resonador de anillo que permita minimizar las características de peso y tamaño de los láseres de gas y mejorar la fabricabilidad de su fabricación.

La tarea se logra por el hecho de que en el resonador óptico de anillo propuesto que contiene un sistema de espejos que forman un eje óptico en forma de una línea discontinua cerrada, los espejos del sistema están instalados a lo largo de las superficies de la cavidad anular formada por coaxial cilíndrico superficies, mientras que los espejos están situados entre sí de manera que forman en sección perpendicular al eje de las superficies cilíndricas coaxiales, el eje óptico en forma de línea discontinua cerrada, cuyos segmentos se cruzan con la cavidad anular.

Mejorar las propiedades operativas de la instalación láser debido a

minimización de sus características de peso y tamaño;

Reduzca el coste de fabricación de un sistema láser aumentando su capacidad de fabricación.

La esencia de la invención se ilustra en la figura 1, figura 2, que muestra la proyección esquema constructivo resonador óptico de anillo (en lo sucesivo, el "resonador").

La Figura 1 muestra una vista longitudinal sección B-B con la imagen de los elementos estructurales del resonador. La figura 2 muestra (a escala ampliada) transversal sección a-A con la imagen de los elementos estructurales del resonador.

Las posiciones están marcadas:

1 - un espejo ubicado a lo largo de la superficie cilíndrica exterior;

2 - un espejo ubicado a lo largo de la superficie cilíndrica interna;

3 - sistema de espejos 1, 2;

4 - eje óptico del sistema de espejos;

5, 6 - superficies cilíndricas coaxiales - externas e internas;

7 - cavidad anular;

8 - eje de superficies cilíndricas coaxiales;

9 - ventana de salida del haz de luz láser;

10 - orificio(s) radiante(s);

11 - un segmento del eje óptico - la dirección de la excitación inicial del medio activo;

12 - orificio para entrada de fotones de la excitación inicial del medio activo.

Las flechas "Entrada", "Salida" en la figura 1 muestran la dirección del flujo del medio activo a través de la cavidad anular 7 del resonador.

El resonador, Fig. 1, 2, es una parte integral del láser y está diseñado para excitar ondas electromagnéticas en el rango óptico (el resto del láser en Fig. 1, 2 no se muestra).

El resonador es un sistema (conjunto) 3 de espejos 1, 2 ubicados a lo largo de las superficies de la cavidad anular 7 formada por superficies cilíndricas coaxiales 5 y 6. Los espejos 1, 2 del sistema 3 están ubicados entre sí para que formen en secciones A (Fig.2), perpendicular al eje 8 de los cilindros coaxiales 5 y 6, el eje óptico 4 en forma de una línea discontinua cerrada, cuyos segmentos se cruzan con la cavidad anular 7.

En un diseño real de un láser de gas, a lo largo de las superficies de la cavidad anular 7, se ubican las paredes de la carcasa del láser, formando un canal. En el canal se instala un sistema de espejos 3, a lo largo del cual se bombea un gas, que es un medio activo con un estado de inversión alcanzado (aquí no se considera un dispositivo para alcanzar el estado de inversión del medio activo).

El resonador funciona de la siguiente manera.

Para cambiar el resonador al modo de generación estacionario, se crea una excitación inicial (choque) en el medio activo, por ejemplo, en forma de fotones emitidos a través del orificio 12 a lo largo del segmento 11 del eje óptico del resonador (el dispositivo para generar la excitación inicial del medio activo no se considera aquí).

Los citados fotones, al ser repetidamente reflejados por los espejos 1, 2 del sistema 3, atraviesan una y otra vez el medio activo a lo largo de la línea discontinua cerrada del eje óptico 4, provocando una creciente avalancha de actos de emisión estimulada. El proceso va acompañado de pérdidas de energía. Las pérdidas se componen de pérdidas internas (por ejemplo, debido a la absorción y dispersión de la luz en el medio activo, espejos y otros elementos láser) y pérdidas de radiación de energía a través de la ventana de salida 9. La ventana de salida tiene la forma de un espejo translúcido o en forma de espejo con un orificio radiante (agujeros) 10.

Con la generación continua, el aumento similar a una avalancha en la potencia de emisión estimulada está limitado por procesos no lineales en el medio activo y la potencia de la fuente de bombeo. Como resultado de estas restricciones, se detiene el crecimiento de la intensidad de las olas.

El funcionamiento del resonador (que proporciona radiación láser) continúa durante el tiempo que se mantiene el bombeo del medio activo desde una fuente de energía externa.

Los espejos del sistema 3 se pueden hacer en forma de un conjunto de elementos individuales 1 (figura 2) o en forma de una sola pieza: un anillo, cuyos bordes forman los espejos 2 (figura 2).

Si es necesario cambiar las características espaciales del rayo láser, se utilizan medios técnicos conocidos, que no se consideran aquí.

El diseño de resonador propuesto también se puede utilizar en láseres de estado sólido.

La combinación de las características esenciales anteriores en la implementación de la invención permite obtener los siguientes resultados técnicos:

Reducir las características de peso y tamaño de un láser de gas debido a la ejecución de su parte de flujo de una forma axisimétrica en lugar de una forma de caja. La reducción de las características de peso y tamaño es especialmente importante para los láseres destinados a la colocación en vehículos;

Reduzca el costo de fabricación de un láser al aumentar su capacidad de fabricación reemplazando las partes del cuerpo del resonador en forma de caja por otras simétricas.

AFIRMAR

Un resonador óptico anular que contiene un sistema de espejos que forman un eje óptico en forma de línea quebrada cerrada, caracterizado porque los espejos del sistema están instalados a lo largo de las superficies de la cavidad anular formada por superficies cilíndricas coaxiales, mientras que los espejos están ubicados entre sí para que formen en una sección transversal perpendicular al eje superficies cilíndricas coaxiales, el eje óptico en forma de una línea discontinua cerrada, cuyos segmentos se cruzan con la cavidad anular.

Un resonador de anillo es un resonador en el que el rayo láser, después de haber atravesado todo el sistema, se cierra sobre sí mismo. El resonador de anillo contiene tres o más espejos dispuestos en ángulo entre sí. Como ejemplo, en la fig. 2.13 muestra el esquema óptico de un resonador de cuatro espejos.

Arroz. 2.13. Esquema óptico de un resonador de anillo de cuatro espejos (los espejos M 1, M 2 y M 3 son densos; el espejo M 4 es translúcido)

Hay resonadores de anillo tanto con un contorno axial óptico plano (resonadores planos) como con un contorno axial óptico no plano (resonadores no planos). La principal característica de los resonadores de anillo es que sus modos son ondas viajeras, por lo que se denominan resonadores de ondas viajeras. En este caso, todos los modos forman dos grupos de ondas contrapropagantes que prácticamente no interactúan entre sí.

Para describir los resonadores de anillo, es necesario tener en cuenta sus propiedades de polarización. Tal resonador siempre contiene elementos anisotrópicos, lo que conduce a un cambio continuo en la polarización del haz. El ejemplo más simple de un elemento de este tipo es un espejo dieléctrico multicapa con una incidencia oblicua de ondas electromagnéticas sobre él. El estudio de las propiedades de polarización de un rayo láser permite

encontrar distancias espectrales entre modos de diferentes polarizaciones, modos de contrapropagación, etc.

Es conveniente calcular las oscilaciones naturales de los resonadores de anillos planos usando la matriz ABCD, que es el producto de las matrices de los elementos ópticos individuales a través de los cuales pasa la luz (ver Apéndice 1). Las frecuencias de resonancia de un resonador de anillo plano están determinadas por la relación

Aquí a es el lado del cuadrado, R es el radio de curvatura de los espejos que forman el resonador.

2. El espectro de un resonador formado por tres espejos idénticos situados en los vértices de un triángulo regular está determinado por la relación

El principal problema en la aplicación de resonadores de anillo en tecnología láser es la reducción de la interacción entre ondas de contrapropagación. Para ello, las ondas contrapropagantes se separan, si es posible, en frecuencia con la ayuda de elementos anisótropos no recíprocos, y se intenta que su polarización sea ortogonal.

La teoría de los resonadores no planos es mucho más complicada y menos desarrollada que la teoría de los resonadores planos, aunque sus propiedades son muy atractivas desde un punto de vista práctico. Este tema no se considera en este trabajo.

2.3.5. Eficiencia de conversión de energía de bomba en resonadores láser

Uno de los requisitos principales para un resonador láser es la alta eficiencia de convertir la energía almacenada en un AS excitado en energía de radiación láser. Para lograr esto, se deben cumplir las siguientes condiciones:

1) elija las dimensiones y la disposición de los espejos resonadores para que todo el volumen El AS se llenó uniformemente con radiación láser;

2) optimizar los valores del coeficiente de absorción T y reflexiones R de los espejos resonadores. Estos valores determinan las pérdidas que ocurren dentro del resonador.

EN caso idealizado, la máxima extracción de energía posible de una unidad de volumen El AS está determinado por la densidad de flujo de radiación láser (ρ, el número de fotones cm-2 s-1), fotones que se producen en el volumen del AS por unidad de tiempo. Sin embargo, el flujo de fotones que ha surgido en el AS pasa

Con del nivel superior a los niveles inferiores de dos maneras: espontánea y forzada. A su vez, parte de los fotones de las transiciones estimuladas son absorbidos dentro del resonador (pérdidas dañinas), y parte de ellos sale en forma de radiación láser útil. De acuerdo con estas consideraciones, la expresión de la eficiencia de conversión de energía se puede representar como un producto de dos factores:

donde ρ1 y ρ2 son la densidad de fotones en emisión espontánea y estimulada.

Así, una estimación de la eficiencia de conversión de energía para la generación multimodo, teniendo en cuenta todos los factores y pérdidas por radiación en el resonador, conduce a una ecuación que depende de muchos componentes y factores geométricos del resonador, y tiene la forma:

proporcionalidad entre la población inversa y k 0 us ; L es la longitud del resonador; R es el coeficiente de reflexión del espejo de salida del resonador; Pnac. es la potencia de la bomba.

La situación con el cálculo de la eficiencia del láser en el caso de generación monomodo resulta más complicada, sin embargo, la ecuación (2.29) muestra un método para optimizar los parámetros del resonador, en el cual la fracción de emisión espontánea disminuye y , al mismo tiempo, aumenta la fracción de la potencia de salida del láser.

resonador de anillo

resonador de anillo- resonador óptico, en el que la luz se propaga a lo largo de un camino cerrado en una dirección. Los resonadores de anillos volumétricos están formados por tres o más espejos orientados de manera que la luz se refleja sucesivamente en cada uno de ellos, realizando una revolución completa. Los resonadores de anillo encuentran una amplia aplicación en giroscopios láser y láseres. En los láseres de fibra, se utilizan diseños especiales de resonadores de anillo de fibra, generalmente en forma de fibra óptica cerrada en un anillo con acopladores WDM para la entrada de radiación de bombeo y la salida de radiación generada.

ver también

• Resonador Fabry - Perot

Literatura

• Zvelto O. Principios de los láseres = Principios de los láseres. - 3ra ed. - M.: Mir, 1990. - 558 p. - ISBN 5-03-001053-X
• Agrawal G.P. Tecnología Lightwave: componentes y dispositivos. - Wiley-IEEE, 2004. - 427 p. - ISBN 9780471215738
• Agrawal G.P. Aplicaciones de la fibra óptica no lineal. - 2ª ed. - Prensa Académica, 2008. - Vol. 10. - 508 pág. - (Serie Óptica y Photonis). - ISBN 9780123743022

Enlaces

• resonador óptico- artículo de la Enciclopedia Física

Fundación Wikimedia. 2010 .

• Anillo (depósito eléctrico)
• Corriente de anillo

Vea qué es el "resonador de anillo" en otros diccionarios:

resonador de anillo- Un resonador óptico en el que la propagación de las oscilaciones electromagnéticas se produce en un circuito cerrado. [GOST 15093 90] Temas equipo láser EN anillo resonador... Manual del traductor técnico

resonador de anillo- žiedinis rezonatorius statusas T sritis fizika atitikmenys: engl. cavidad del anillo; anillo resonador vok. Resonador de anillo, m rus. resonador de anillo, m pranc. resonateur annulaire, m … Fizikos terminų žodynas

resonador de anillo- Un resonador abierto, cuyos espejos aseguran la propagación de ondas electromagnéticas a lo largo de un circuito cerrado... Diccionario politécnico explicativo terminológico

LÁSER DE ANILLO- véase el art. resonador óptico. Enciclopedia física. En 5 tomos. Moscú: Enciclopedia soviética. Editor en jefe A. M. Prokhorov. 1988... Enciclopedia Física

resonador óptico- un conjunto de varios elementos reflectantes que forman un resonador abierto (a diferencia de los resonadores de cavidad cerrada utilizados en el rango de microondas), formando una onda de luz estacionaria. Los resonadores ópticos son uno de los elementos principales ... ... Wikipedia

CAVIDAD ÓPTICA- un dispositivo en el que se puede excitar el correo electrónico de pie o en ejecución. magn. ondas ópticas rango. O. es una colección de varios espejos y yavl. resonador abierto, a diferencia de la mayoría de los resonadores de cavidad utilizados en la gama... ... Enciclopedia Física

láser de fibra- Láser de erbio de femtosegundo totalmente de fibra. Láser de fibra láser, el medio activo y, posiblemente, el resonador del cual son elementos de la óptica ... Wikipedia

giroscopio láser- Diagrama de un giroscopio láser. Aquí, el rayo láser circula con la ayuda de espejos y es constantemente amplificado por el láser (más precisamente, por un amplificador cuántico). Un circuito cerrado tiene una rama a través de un espejo translúcido (o, por ejemplo, a través de una rendija) en un sensor basado en ... Wikipedia

figura ocho láser- Láser de fibra con un resonador de anillo en forma de ocho. En: bomba de radiación. Out: radiación de salida. 1: fibra activa. 2: polarizador. 3: aislador óptico. Acoplador 4 WDM. 50:50 divisor 50 / ... Wikipedia

Historia de la invención de los láseres.- 1917 A. Einstein presenta el concepto de emisión estimulada 1920 I. Frank y F. Reiche confirman la existencia de estados metaestables en un estado excitado 1927 Paul Dirac crea una teoría cuántica de emisión estimulada 1928 R. Ladenburg ... ... Wikipedia