Sadalītā gredzena rezonators. Gredzena rezonators

OPTISKAIS DOBUMS- vairāku kolekcija atstarojošo elementu veidošanās atvērts rezonators(pretstatā slēgtajam dobuma rezonatori izmanto mikroviļņu diapazonā). Viļņu garumiem< 0,1 см использование закрытых резонаторов, имеющих размеры d~ grūti mazuma dēļ d un lieli enerģijas zudumi sienās. Dobuma rezonatoru izmantošana ar d> arī neiespējami, jo tajās tiek ierosināts liels skaits īpašību. svārstības aizveras frekvencē, kā rezultātā rezonanses līnijas pārklājas un rezonanses īpašības praktiski izzūd. Zaglis. atstarojošie elementi neveido slēgtu dobumu, tāpēc lielākā daļa savu. svārstības ir stipri slāpētas un tikai neliela daļa no tām ir vāji slāpēta. Rezultātā iegūtā O. p. spektrs. ļoti reti.
O. r. - rezonanses sistēma lāzers, kas nosaka lāzera starojuma spektrālo un režīmu sastāvu, kā arī tā virzību un polarizāciju. No O. r. atkarīga lāzera aktīvās vides piepildījums ar starojuma lauku un līdz ar to no tā paņemtā starojuma jauda un lāzera efektivitāte.
Vienkāršākais O. p. ir Fabri interferometrs - Spalvas, kas sastāv no diviem plakaniem paralēliem spoguļiem. Ja starp spoguļiem, kas atrodas attālumā d viens no otra uz tiem normāli izplatās plakans vilnis, tad tā atstarošanas rezultātā no spoguļiem telpā starp tiem veidojas stāvviļņi (dabiskās svārstības). To veidošanās nosacījums ir kur q- pusviļņu skaits, kas ietilpst starp spoguļiem, sauc. garenvirziena svārstību indekss (parasti q~ 10 4 - 10 6). Pašu O. upes frekvences. formu aritmētika. progresēšana ar atšķirību c/2d(vienāda attāluma spektrs). Faktiski, pateicoties difrakcijai spoguļu malās, svārstību lauks ir atkarīgs arī no šķērseniskajām koordinātām, un svārstības raksturo arī šķērseniskie indeksi T, P, kas nosaka lauka pārveidojumu skaitu uz 0, mainot šķērseniskās koordinātas. Vairāk T Un P, jo lielāka ir svārstību vājināšanās, ko rada starojums kosmosā (sakarā ar gaismas difrakciju spoguļu malās). Mods ar t = n = 0 vārds gareniski, pārējais - šķērsvirzienā.
Kopš koeficienta svārstību slāpēšana palielinās, palielinoties T Un Pātrāk nekā frekvenču intervāls starp blakus esošajām svārstībām, tad rezonanses līknes atbilst lielajām T Un P, pārklājas un attiecīgās svārstības neparādās. Koef. amortizācija ir atkarīga arī no skaita N Fresneļa zonas, kas redzamas uz spoguļa dia. R no cita spoguļa centra, kas atrodas attālumā no pirmā d:(cm. Freneļa zona). Plkst N~ 1 paliek 1 - 2 svārstības, kas pavada galveno. svārstības ( q = 1).

Divu spoguļu rezonatori. O. r. ar plakaniem spoguļiem ir jutīgi pret spoguļu deformācijām un deformācijām, kas ierobežo to pielietojumu. O. upei šis trūkums ir liegts. ar sfērisku spoguļi (1. att.), kuros stari, atkārtoti atstarojoties no ieliektiem spoguļiem, neiziet tālāk par apvalka virsmu - kaustiskie līdzekļi. Tā kā viļņu lauks ātri sabrūk ārpus kodīgās vielas, starojums no sfēriskā O. r. ar kodīgu ir daudz mazāks nekā starojums no plakanas O. r.

Rīsi. 1. Divu spoguļu rezonators.

Spektra samazināšanās šajā gadījumā tiek realizēta tāpēc, ka kaustiskā līdzekļa izmēri pieaug, palielinoties T Un n. Svārstībām ar lielu T Un P kodīgais izrādās atrodas netālu no spoguļu malām vai nav izveidots vispār. Sfērisks O. r. ar kodīgu sauc stabils, jo paraksiālais stars pēc atstarošanas neatstāj paraksiālo apgabalu (2. att., A). Izturīgs O. lpp. nejutīgi pret nelieliem spoguļu nobīdēm un kropļojumiem, tos izmanto kopā ar aktīvo datu nesēju ar nelielu pastiprinājumu (10% vienā piegājienā). Medijiem ar augstu pastiprinājumu tiek izmantoti nestabili OR, kuros nevar izveidoties kodīga viela; stars, kas iet netālu no rezonatora ass nelielā leņķī pret to, pēc atspīdumiem attālinās no ass uz nenoteiktu laiku. Uz att. 2( b) O. r. stabilitātes diagramma. dažādos attiecības starp rādiusiem R 1 un R 2 spoguļi un atstarpes d starp viņiem. Neēnotie apgabali atbilst kodīgu vielu klātbūtnei, bet iekrāsotie apgabali atbilst to trūkumam. Punkti, kas atbilst rezonatoram ar plakaniem (P) un koncentriskiem (K) spoguļiem, atrodas uz ēnoto reģionu robežas. Uz robežas starp stabilu un nestabilu O. p. atrodas arī upes konfokālais O.. ( R1 = R 2 = d). No izturīgas O. upes. maks. bieži tiek izmantots daļēji konfokāls ( R1= x R 2 = 2d), no nestabila - teleskopiskā O. lpp. ( R1+ R2 = 2d). Radiācijas zudumi nestabilā O. r. augstāka veida svārstībām ir daudz lielāka nekā galvenajām. svārstības. Tas ļauj sasniegt lāzera viena režīma ģenerēšanu un ar to saistīto augstu starojuma virzību.

Rīsi. 2. Kaustiskas vielas veidošanās ( A) un divu spoguļu rezonatoru stabilitātes diagramma ( b): plus zīme apzīmē stabilitātes zonas; mīnuss - nestabilitātes zonas; nepārtrauktas līnijas ir šo reģionu robežas; P - rezonators ar plakaniem spoguļiem; Konf. - konfokālais rezonators; K - koncentrisks rezonators; punktēta līnija - teleskopisko rezonatoru līnija.

Teorija. Elektrības sadale lauki E ilgtspējīgs O. lpp. plaknē, kas ir perpendikulāra O. upes asij. ( z) ir aprakstīts ar izteiksmi

Šeit E 0- koeficients, kas nosaka lauka amplitūdu; N t, lpp- Ermīta polinomi (sk Ortogonālie polinomi) t-th un n grādi: H 0 (x) = 1, H 1 (x) \u003d 2x, H 2 (x) = 4x 2 - 2, H3 (x) = 8x 3 - 12x; W- gareniskā režīma šķērsvirziena rādiuss (attālumā no O. R. ass, vienāds ar W, gareniskā režīma enerģijas blīvums samazinās e vienreiz). Atkarība W(z) ir forma

kur z tiek skaitīts no t.s. gareniskā režīma viduklis, t.i., no tā punkta uz rezonatora ass, kur tā rādiuss ir vismazākais. vērtība vienāda ar W0(2. att. A). Attālums no vidukļa līdz spogulim R1

gareniskā režīma rādiuss jostasvietā

Divu spoguļu O. r. frekvenču spektrs. to nosaka nosacījums

Lauka sadalījums uz spoguļa ir parādīts attēlā. 3. Tā kā divu spoguļu frekvenču spektrs O. r. deģenerēts (atkarīgs tikai no summas t+ n, bet ne no katra no indeksiem atsevišķi), tad E(x, y) var atšķirties no (1). Konkrētā sadalījuma forma ir atkarīga no vājām traucējošām darbībām no diafragmas vai citiem objektiem staru kūļa aizņemtajā reģionā. Jo īpaši ar aksiālo simetriju ir iespējami lauku sadalījumi (4. att.), kas aprakstīti cilindriski. koordinātas ( r,, z) izteiksme

Šeit l, lpp- svārstību indeksi, kas nosaka, cik reižu lauks mainās uz 0 r Un W(z) ir gareniskā režīma rādiuss; - vispārināts Lagera polinoms:

Spektrs O. r. ar aksiālo simetriju nosaka sakarība (2), kur ( T + P+ 1) jāaizstāj ar ( 2p + l+ 1).

Rīsi. 3. Lauku sadalījums uz spoguļa ar taisnstūra simetriju.

Rīsi. 4. Lauka sadalījums uz spoguļa ar aksiālo simetriju; * atbilst lauka sadalījumam, pievienojot divus ortogonāli polarizētus režīmus.

Kompozītmateriālu rezonators. Papildus spoguļiem O. p. bieži satur t.s. aktīvie elementi (plāksnes, lēcas utt.). Salikts O. lpp. var darboties divos režīmos atkarībā no tā, vai tiek izmantots vai zaudēts starojums, kas atstarojas no starpvirsmām. Ja izmanto atstaroto starojumu, tad O. r. sauca piekrita. Katru koordinētās O. R. daļu, kas noslēgta starp divām blakus saskarnēm, var uzskatīt par atsevišķu. rezonatoru, un šo rezonatoru šķērsrežīmi ir izvēlēti tā, lai tie saskarnēs sakristu. Atbilstības nosacījumam (5. att.) ir forma

Piekrita O. r. spektrs nav vienāds, un to var izmantot, lai samazinātu O garenvirziena spektru. (Skatīt zemāk).
Svarīga problēma saliktā O. lpp. ir eff. lāzera aktīvās vides piepildīšana ar izvēlētā režīma lauku. Ja saliktā O. r. ir simetrijas ass vai plakne, tad gareniskais režīms (tāpat kā divu spoguļu O, r. gadījumā) ir Gausa stars (sk. att.). Kvazioptika) Tā iet caur optisko. elementi ir aprakstīti ar šo elementu matricām (sk Matricas metodes optikā), un pāreja caur O. lpp. ir aprakstīta ar matricu, kas ir tās optisko komponentu matricu reizinājums. elementi. Šajā gadījumā Gausa stara kompleksais parametrs q nosaka ur-cijas

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

Koef. A, B, C, D veido matricu O. lpp. Šis ir vienādojums, kā arī attiecības R= -l, = [kIm(1 /q)] -1 ļauj noteikt stara šķērsenisko rādiusu un viļņu frontes izliekuma rādiusu R jebkurā rezonatora sadaļā.

Gareniskā režīma izvēle. Garenvirziena režīmu retināšanai (atlasei), kuriem ir vienāds šķērslauka sadalījums, bet atšķiras frekvence, tiek izmantoti rezonatori, kas satur dispersīvus elementus (prizmas, difrakcijas režģi, interferometrus utt.). Jo īpaši piedeva tiek izmantota kā dispersijas elements. O. R., kas saistīts ar galveno un veido t.s. ekvivalents spogulis, koeficients atspulgi uz-rogo r ir atkarīgi no frekvences v. Lai noņemtu no spektra vienu no garenvirziena režīmiem, maks. piemērots lineārs trīs spoguļu O. r. (6. att. A), lai spektrā izolētu vienu garenvirziena režīmu - Fox-Smith rezonatoru (6. att., b) un T veida (6. att., V). Nek-ry gadijumos ir erti O. upe. Miķelsons (6. att., G).

Rīsi. 6. Dažāda veida savienotie rezonatori (I) un ekvivalenta spoguļa atstarošanas koeficienta frekvences atkarība v(II).

Krāsu lāzeri izmanto difrakcijas kombināciju režģis un interferometrs Fabry - Perot (7. att.). Šajā gadījumā interferometrs izceļ vienu garenisko režīmu, un režģis neļauj ģenerēt citos interferometra pasūtījumos. Lēcas L 1 un L 2, veidojot t.s. teleskopu, tie saskaņo šauru staru, kas iet caur aktīvo vidi A, ar platu staru, kas nonāk interferometrā un režģī.Aktīvā vide šādā O. r. arī spēlē diafragmas lomu, kas atbrīvo galveno. šķērseniskā mode. Šāda O. r. ļāva izveidot vienfrekvences regulējamu plašā diapazonā krāsvielu lāzeri.

Rīsi. 7. Rezonators, kas satur izkliedējošus elementus (izmanto krāsvielu lāzeros). A - kivete ar aktīvo barotni; З - necaurspīdīgs vai daļēji caurspīdīgs spogulis; I - Fabri-Perot interferometrs; D - difrakcijas režģis.

Šķērsrežīmu izvēle balstās uz atšķirību šķērsenisko režīmu lauku sadalījumā ar dažādiem T Un P. Tā kā parasti ir nepieciešams izcelt galveno. mode, uz paradīzi ir min. leņķis, diverģence, Gausa sadalījums un min. garums šķērsvirzienā, tad sijas diafragma tiek uzlikta O. lpp. Diafragmas rādiusam jābūt aptuveni vienādam ar tā režīma šķērsvirziena rādiusu, kas seko galvenajam. Šajā gadījumā ievērojami palielinās visu režīmu zudumi, izņemot galveno.
Izvēloties šķērsvirziena režīmus, ir nepieciešams, lai atlikušā vienotība. režīms efektīvi aizpildīja aktīvo vidi. Tāpēc stabilitātes zonu robežas ir svarīgas (2. att., 6 ), kur palielinās režīmu šķērseniskie izmēri: 1) režīma rādiuss palielinās visā tilpumā, ja attālums d starp spoguļiem ir nemainīgs, un spoguļu izliekuma rādiusi Rl Un R2(tas ievērojami palielina rezonatora jutību pret novirzēm); 2) režīma rādiuss palielinās uz 1. spoguļa un samazinās uz 2. ja dR 1(R2 >R1); 3) režīma rādiuss palielinās uz 2. spoguļa un samazinās uz 1. ja dR2; 4) režīma rādiuss palielinās uz abiem spoguļiem un samazinās to izliekuma centru apvidū, ja d (R1 + R 2).
Ja nepieciešams, piešķiršana uz-l. no augstākā režīma uz šī režīma lauka sadalījuma nulles līnijas tiek novietots plāns izkliedes pavediens, kas neietekmē izvēlēto režīmu un nomāc citus režīmus, kas šajā līnijā negriežas uz 0.
Rezonatori ar anizotropiem elementiem. Lāzera starojuma polarizāciju nosaka t.s. anizotropie elementi, kas atrodas upes O. daļā. Šādi elementi ir divpusējas laušanas plāksnes, polarizatori, vielas, kurām ir optiskā aktivitāte uc, kā arī Brewster plāksnes un dielektriķi. spoguļi zem slīpā starojuma uz tiem. Polarizāciju nosaka ar Džonsa matricas metodi. Tajā pašā laikā polarizācija matrica visu O. r. ir to veidojošo elementu matricu reizinājums, kas sakārtots tādā secībā, kādā starojums iet caur šiem elementiem, sākot no vietas, kur nepieciešams noteikt polarizācijas stāvokli. Pašu polarizācijas vektori. matricas ir Džonsa vektori E(E x, E y) lauki, kas ģenerēti O. r. Polarizācijas pakāpe e un virziens Ch. polarizācijas elipses a asis nosaka attiecības

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

Pielāgoti moduļi Džounsa matricas vērtības nosaka O.R. zaudējumus polarizatoru dēļ un savas fāzes. vērtības - polarizācija. atbilstošo režīmu frekvenču korekcijas. Izvēloties anizotropos elementus, iespējams sasniegt vēlamo polarizācijas stāvokli. Ņemot vērā, ka anizotropajiem elementiem parasti ir ievērojama izkliede, tos var izmantot arī gareniskā spektra retināšanai.

Gredzenu rezonatori. Savs spektrs. frekvences gredzena O. p., ko veido trīs vienādas sfēriskas. rādiusa spoguļi R kas atrodas vienādmalu trijstūra ar malu virsotnēs A(8. att.), nosaka sakarība

Rīsi. 8. Gredzena optiskie rezonatori.

Režīmu sašaurinājumi atrodas trijstūra malu viduspunktos; režīmu šķērsvirziena pagarinājumi vidukļa zonā aksiālās kontūras plaknē ir vienādi ar:

Ja rezonatoram ir tikai viens sfērisks spogulis un divi plakani spoguļi (Zīm. 8,6) , tad tā spektru nosaka attiecība

Režīmu šķērsvirziena pagarinājumi vidukļa reģionā, kas atrodas trijstūra malas vidū pretī sfēriskajam. spogulis rezonatora plaknē ir vienāds ar:

optiskais sistēma, kas veido upes O. ar neplanāru kontūru, piem. 4 spoguļu sistēma, kas atrodas tetraedra virsotnēs (8. att., V), raksturo fakts, ka ar šīs sistēmas palīdzību konstruēta objekta attēls tiek pagriezts attiecībā pret pašu objektu ar noteiktu šai sistēmai raksturīgu leņķi. Tetraedram šis leņķis ir vieta, kur atrodas leņķi starp blakus esošajām staru krišanas plaknēm uz spoguļiem (tetraedra skaldnēm), kas tiek skaitīti tā, lai tetraedrs atrodas leņķa iekšpusē. Gareniskā mode O. upe. ar neplanāru kontūru ir saišķis, kurā Ch. elipsveida asis. amplitūdas sadalījumi tiek izvietoti noteiktā leņķī attiecībā pret Ch. viļņu frontes izliekuma līnijas. Sakarā ar to staru kūļa izplatīšanās laikā brīvā telpā notiek amplitūdas sadalījuma rotācija, kas kompensē griešanos spoguļu tilpuma izvietojuma dēļ. Gredzens O. upe. ar neplakanu kontūru tiek izmantoti, piemēram, in lāzera žiroskopi. Tie jo īpaši ļauj atbrīvoties no anizotropijas, kas raksturīga gredzenam O. lpp. ar plakanu kontūru.

Nestabili rezonatori ir lieli starojuma zudumi ārējās vietās. telpa (skatīt iepriekš). Zaudējumi palielinās, palielinoties T Un P, sakarā ar šo nestabilo O. p. nodrošināt vienrežīmu (saskaņā ar T Un P) paaudze. Nestabila O. p. priekšrocība. ir liela šķērsvirziena galvenā. režīmi, kā rezultātā tos var izmantot ar liela šķērsgriezuma aktīvajiem medijiem. Parasti enerģija no nestabila O. R. tiek iegūta nevis caur spoguļiem, kā stabilā O. R., bet gan aiz viena spoguļa malām. Nestabilā O. upē. būtisku (negatīvu) lomu spēlē vilnis, kas atstarojas no spoguļa malas un saplūst ar optiskā viļņa asi. Šāda atspīduma mazināšanai tiek izmantota spoguļa malas izlīdzināšana, kurai piestiprināta zvaigžņveida forma, malas noapaļotas utt.
Galvenā mode nestabila O. r. ko veido divas sfēriskas viļņi, kas izplatās starp spoguļiem viens pret otru. Teleskopiskā gadījumā nestabila O. upe. (9. att.) viens no viļņiem var būt plakans. Sfēriskās formas centrs viļņi slēpjas tālumā x = R 2/2 aiz izliekta spoguļa ar izliekuma rādiusu R 2. Ieliektajam spogulim jābūt ar izliekuma rādiusu | R1 | = R2 + 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.
Nestabila O. upe. ar rotāciju laukus veido defokusējoša spoguļu sistēma, kas atrodas neplanāra daudzstūra virsotnēs. Tomēr lielākā daļa Svarīgi ir O. r., ko veido divi divšķautņu stūra atstarotāji (10. att.), kuru malas viena pret otru ir pagrieztas leņķī. Ja viens vai vairāki atstarotāju sejas ir izliektas, tad O. lpp. nestabils.

Rīsi. 9. Nestabils teleskopiskais rezonators.

Rīsi. 10. Lineārais rezonators ar lauka rotāciju, ko veido stūra reflektori.

Šāda rezonatora pilnīgas apiešanas laikā lauks tiek pagriezts pa leņķi. Ar lauka rotāciju ir iespējams iegūt starojumu nevis gredzenveida staru veidā, kā parastā nestabilā O. R., bet gan vienkārši savienota kompakta stara (11. att.).

Rīsi. 11. Enerģijas ieguve kompakta vienkārši savienota stara veidā no nestabila rezonatora ar lauka rotāciju par AC- spoguļa stūra atstarotāja mala, pie kuras tiek izvadīts starojuma stars (ēnots), NN"- tā paša spoguļa mala, GG" - otrā stūra atstarotāja mala.

Lit.: Vainshtein L.A., Open resonators and open waveguides, M., 1966; Ananiev Yu.A., Optiskie rezonatori un lāzera starojuma diverģences problēma, M., 1979; Lāzeru rokasgrāmata, trans. no angļu valodas, red. A. M. Prokhorova, 2. sēj., M., 1978, nod. 22, 23; Karlovs N.V., Lekcijas par kvantu elektroniku, 2. izd., M., 1988.g.

Izgudrojums attiecas uz lāzertehnoloģiju un galvenokārt paredzēts izmantošanai gāzes lāzerā. Izgudrojuma tehniskais rezultāts ir optiskā rezonatora izveide, kas ļauj maksimāli samazināt gāzes lāzeru svara un izmēra raksturlielumus un uzlabot to izgatavošanas iespējas. Gredzena optiskais rezonators satur spoguļu sistēmu, kas veido optisko asi slēgtas lauztas līnijas veidā. Sistēmas spoguļi ir uzstādīti pa gredzenveida dobuma virsmām, ko veido cilindriskas koaksiālās virsmas. Šajā gadījumā spoguļi atrodas viens pret otru tā, lai tie šķērsgriezumā, kas ir perpendikulārs koaksiālo cilindrisko virsmu asij, veidotu optisku asi slēgtas lauztas līnijas veidā, kuras segmenti krustojas ar gredzenu. dobumā. 2 slim.

RF patenta 2388123 rasējumi

Izgudrojums attiecas uz lāzertehnoloģiju un galvenokārt paredzēts izmantošanai gāzes lāzerā.

Lineārie optiskie rezonatori ar spoguļiem, kas atrodas uz vienas taisnas līnijas, kas ir spoguļu kopējā optiskā ass (rezonatora ass), plaši tiek izmantoti tehnoloģisko lāzeru projektēšanā (Tarasov L.V. Lāzeri un to pielietojums. "Radio un komunikācija", 1983). Minēto rezonatoru trūkums ir paaugstinātas vērtības uz to pamata izgatavoto lāzerinstalāciju svara un izmēra raksturlielumi. Tas ir saistīts ar faktu, ka lāzera plūsmas kanāli, kas paredzēti gāzveida aktīvās vides sūknēšanai, ir kastītes formas ar taisnstūra šķērsgriezumu. Šādas konstrukcijas izgatavojamība ir zema, jo taisnstūrveida kanālu augstas precizitātes apstrādei ir nepieciešams īpašs aprīkojums.

Zināmi gredzenveida optiskie rezonatori nodrošina gaismas plūsmas cirkulāciju kādā slēgtā ķēdē. Tas tiek panākts, izmantojot trīs (vai vairāku) spoguļu sistēmu, kas ir atbilstoši novietoti viens pret otru. (Fiziskā enciklopēdiskā vārdnīca. M.: Padomju enciklopēdija, 1983, 500. lpp.). Zināmo gredzenu rezonatoru trūkums ir tāds, ka, tos lietojot, netiek panākts nepieciešamais lāzerinstalācijas svara un izmēra raksturlielumu parametru samazinājums.

Izgudrojuma mērķis ir novērst zināmā gredzena optiskā rezonatora trūkumus un izveidot gredzena rezonatoru, kas ļauj maksimāli samazināt gāzes lāzeru svara un izmēra raksturlielumus un uzlabot to izgatavošanas iespējas.

Uzdevums tiek sasniegts ar to, ka piedāvātajā gredzenveida optiskajā rezonatorā, kas satur spoguļu sistēmu, kas veido optisko asi slēgtas lauztas līnijas veidā, sistēmas spoguļi ir uzstādīti gar cilindriskā koaksiālā veidotā gredzenveida dobuma virsmām. virsmas, savukārt spoguļi atrodas viens pret otru tā, lai tie veidotu griezumā, kas ir perpendikulārs koaksiālo cilindrisko virsmu asij, optisko asi slēgtas lauztas līnijas veidā, kuras segmenti krustojas ar gredzenveida dobumu.

Uzlabojiet lāzera uzstādīšanas darbības īpašības, jo

tā svara un izmēra īpašību samazināšana;

Samaziniet lāzersistēmas ražošanas izmaksas, palielinot tās izgatavojamību.

Izgudrojuma būtība ir ilustrēta 1. attēlā, 2. attēlā, kas parāda projekciju konstruktīva shēma gredzena optiskais rezonators (turpmāk tekstā "rezonators").

1. attēlā parādīts gareniskais sadaļa B-B ar rezonatora konstrukcijas elementu attēlu. 2. attēlā parādīts (palielinātā mērogā) šķērsvirzienā sadaļa A-A ar rezonatora konstrukcijas elementu attēlu.

Pozīcijas ir atzīmētas:

1 - spogulis, kas atrodas gar ārējo cilindrisko virsmu;

2 - spogulis, kas atrodas gar iekšējo cilindrisko virsmu;

3 - spoguļu sistēma 1, 2;

4 - spoguļu sistēmas optiskā ass;

5, 6 - koaksiālās cilindriskās virsmas - ārējās un iekšējās;

7 - gredzenveida dobums;

8 - koaksiālo cilindrisko virsmu ass;

9 - lāzera gaismas stara izejas logs;

10 - izstarojošā(s) atvere(-es);

11 - optiskās ass segments - aktīvās vides sākotnējās ierosmes virziens;

12 - caurums aktīvās vides sākotnējās ierosmes fotonu ievadīšanai.

Bultiņas "Ieeja", "Izvade" 1. attēlā parāda aktīvās vides plūsmas virzienu caur rezonatora gredzenveida dobumu 7.

Rezonators, 1., 2. att., ir lāzera neatņemama sastāvdaļa un ir paredzēts elektromagnētisko viļņu ierosināšanai optiskajā diapazonā (pārējais lāzers 1., 2. attēlā nav parādīts).

Rezonators ir spoguļu 1, 2 sistēma (komplekts) 3, kas atrodas gar gredzenveida dobuma 7 virsmām, ko veido koaksiālās cilindriskās virsmas 5 un 6. Sistēmas 3 spoguļi 1, 2 atrodas viens pret otru tā, lai tie veidotos sekcijas A (2. att.) , perpendikulāri koaksiālo cilindru 5 un 6 asij 8, optiskā ass 4 slēgtas lauztas līnijas veidā, kuras segmenti krustojas ar gredzenveida dobumu 7.

Reālā gāzes lāzera konstrukcijā gar gredzenveida dobuma 7 virsmām atrodas lāzera korpusa sienas, veidojot kanālu. Kanālā ir uzstādīta spoguļu sistēma 3, pa kuru tiek sūknēta gāze, kas ir aktīvā vide ar sasniegtu inversijas stāvokli (šeit netiek apskatīta ierīce aktīvās vides inversijas stāvokļa sasniegšanai).

Rezonators darbojas šādi.

Lai rezonatoru pārslēgtu stacionārā ģenerēšanas režīmā, aktīvajā vidē tiek izveidots sākotnējais ierosinājums (trieciens), piemēram, fotonu veidā, kas izstaro cauri caurumam 12 pa rezonatora (ierīces) optiskās ass segmentu 11. aktīvās vides sākotnējās ierosmes ģenerēšanai šeit netiek ņemta vērā).

Minētie fotoni, atkārtoti atstarojoties no sistēmas 3 spoguļiem 1, 2, atkal un atkal iziet cauri aktīvajai videi pa optiskās ass 4 slēgto lauzto līniju, izraisot pieaugošu stimulētās emisijas darbību lavīnu. Procesu pavada enerģijas zudumi. Zudumus veido iekšējie zudumi (piemēram, gaismas absorbcijas un izkliedes dēļ aktīvajā vidē, spoguļos un citos lāzerelementos) un enerģijas starojuma zudumi caur izvades logu 9. Izvades logs ir veidots kā caurspīdīgs spogulis vai spoguļa veidā ar izstarojošu caurumu (caurumiem) 10.

Ar nepārtrauktu ģenerēšanu lavīnai līdzīgo stimulētās emisijas jaudas pieaugumu ierobežo nelineāri procesi aktīvajā vidē un sūkņa avota jauda. Šo ierobežojumu rezultātā viļņu intensitātes pieaugums apstājas.

Rezonatora darbība (nodrošinot lāzera starojumu) turpinās aktīvās vides sūknēšanas no ārēja enerģijas avota uzturēšanas laikā.

Sistēmas 3 spoguļus var izgatavot vai nu atsevišķu elementu komplekta 1 veidā (2. attēls), vai arī viena gabala - gredzena veidā, kura malas veido spoguļus 2 (2. attēls).

Ja nepieciešams mainīt lāzera stara telpiskos raksturlielumus, tiek izmantoti zināmi tehniskie līdzekļi, kas šeit netiek apskatīti.

Ierosināto rezonatora dizainu var izmantot arī cietvielu lāzeros.

Iepriekš minēto būtisko pazīmju kombinācija izgudrojuma īstenošanā ļauj iegūt šādus tehniskos rezultātus:

Samazināt gāzes lāzera svara un izmēra raksturlielumus, jo tā plūsmas daļa tiek izpildīta asimetriskā, nevis kastes formas. Svara un izmēra raksturlielumu samazināšana ir īpaši svarīga lāzeriem, kas paredzēti novietošanai transportlīdzekļos;

Samaziniet lāzera ražošanas izmaksas, palielinot tā izgatavojamību, aizstājot kastes formas rezonatora korpusa daļas ar asimetriskām.

PRETENZIJA

Gredzenveida optiskais rezonators, kas satur spoguļu sistēmu, kas veido optisko asi slēgtas lauztas līnijas veidā, kas raksturīgs ar to, ka sistēmas spoguļi ir uzstādīti gar cilindrisku koaksiālu virsmu veidota gredzenveida dobuma virsmām, bet spoguļi atrodas attiecībā viens pret otru tā, lai tie veidotos šķērsgriezumā, kas ir perpendikulārs asij koaksiālajām cilindriskām virsmām, optiskā ass slēgtas lauztas līnijas veidā, kuras segmenti krustojas ar gredzenveida dobumu.

Gredzena rezonators ir rezonators, kurā lāzera stars, izejot cauri visai sistēmai, pats aizveras. Gredzena rezonators satur trīs vai vairāk spoguļus, kas izvietoti leņķī viens pret otru. Piemēram, attēlā. 2.13 parādīta četru spoguļu rezonatora optiskā shēma.

Rīsi. 2.13. Četru spoguļu gredzenu rezonatora optiskā shēma (spoguļi M 1, M 2 un M 3 ir blīvi, spogulis M 4 ir caurspīdīgs)

Ir gredzenu rezonatori gan ar plakanu optisko aksiālo kontūru (planārie rezonatori), gan ar neplanāru optisko aksiālo kontūru (neplanārie rezonatori). Gredzena rezonatoru galvenā iezīme ir tā, ka to režīmi ir ceļojoši viļņi, tāpēc tos sauc par ceļojošo viļņu rezonatoriem. Šajā gadījumā visi režīmi veido divas pretizplatīšanās viļņu grupas, kas praktiski nesadarbojas viens ar otru.

Lai aprakstītu gredzena rezonatorus, jāņem vērā to polarizācijas īpašības. Šāds rezonators vienmēr satur anizotropus elementus, kas izraisa nepārtrauktas staru kūļa polarizācijas izmaiņas. Vienkāršākais šāda elementa piemērs ir daudzslāņu dielektrisks spogulis ar slīpu elektromagnētisko viļņu biežumu uz tā. Lāzera stara polarizācijas īpašību izpēte ļauj

atrast spektrālos attālumus starp dažādu polarizāciju režīmiem, pretizplatīšanās režīmiem utt.

Plakano gredzenu rezonatoru dabiskās svārstības ir ērti aprēķināt, izmantojot ABCD matricu, kas ir atsevišķu optisko elementu matricu reizinājums, caur kuriem iet gaisma (sk. 1. pielikumu). Plakanā gredzena rezonatora rezonanses frekvences nosaka sakarība

Šeit a ir kvadrāta mala, R ir to spoguļu izliekuma rādiuss, kas veido rezonatoru.

2. Rezonatora spektru, ko veido trīs vienādi spoguļi, kas atrodas regulāra trīsstūra virsotnēs, nosaka sakarība.

Galvenā problēma gredzenu rezonatoru pielietošanā lāzertehnoloģijā ir pretizplatīšanās viļņu mijiedarbības samazināšana. Šim nolūkam pretizplatīšanās viļņi, ja iespējams, tiek atdalīti pēc frekvences ar nereciprokālu anizotropu elementu palīdzību, un to polarizāciju mēģina padarīt ortogonālu.

Neplanāro rezonatoru teorija ir daudz sarežģītāka un mazāk attīstīta nekā plakņu rezonatoru teorija, lai gan to īpašības ir ļoti pievilcīgas no praktiskā viedokļa. Šī tēma šajā rakstā nav aplūkota.

2.3.5. Sūkņa enerģijas pārveidošanas efektivitāte lāzerrezonatoros

Viena no galvenajām prasībām lāzera rezonatoram ir augstā efektivitāte ierosinātajā AS uzkrātās enerģijas pārveidošanā lāzera starojuma enerģijā. Lai to panāktu, ir jāievēro šādi nosacījumi:

1) izvēlēties rezonatora spoguļu izmērus un izvietojumu tā, lai viss tilpums AS bija vienmērīgi piepildīta ar lāzera starojumu;

2) optimizēt absorbcijas koeficienta vērtības T un rezonatora spoguļu atspulgi R. Šīs vērtības nosaka zudumus, kas rodas rezonatora iekšpusē.

IN idealizēts gadījums, maksimālā iespējamā enerģijas noņemšana no tilpuma vienības AS nosaka lāzera starojuma plūsmas blīvums (ρ, fotonu skaits cm-2 s-1 ), kuros fotoni veidojas AS tilpumā laika vienībā. Tomēr fotonu plūsma, kas radusies AS, pāriet

Ar no augšējā līmeņa uz zemākajiem līmeņiem divos veidos: spontāni un piespiedu kārtā. Savukārt daļa no stimulēto pāreju fotoniem tiek absorbēta rezonatora iekšpusē (kaitīgie zudumi), un daļa no tiem iznāk lietderīga lāzera starojuma veidā. Saskaņā ar šiem apsvērumiem enerģijas pārveidošanas efektivitātes izteiksmi var attēlot kā divu faktoru reizinājumu:

kur ρ1 un ρ2 ir fotonu blīvums spontānā un stimulētā emisijā.

Tādējādi enerģijas pārveidošanas efektivitātes novērtējums daudzmodu ģenerēšanai, ņemot vērā visus faktorus un radiācijas zudumus rezonatorā, rada vienādojumu, kas ir atkarīgs no daudzām rezonatora sastāvdaļām un ģeometriskiem faktoriem un ir šāds:

proporcionalitāte starp apgriezto populāciju un k 0 us ; L ir rezonatora garums; R ir rezonatora izejas spoguļa atstarošanas koeficients; P nac . ir sūkņa jauda.

Situācija ar lāzera efektivitātes aprēķinu vienmoda ģenerēšanas gadījumā izrādās sarežģītāka, tomēr vienādojums (2.29) parāda rezonatora parametru optimizācijas metodi, kurā spontānās emisijas daļa samazinās un , tajā pašā laikā palielinās lāzera izejas jaudas daļa.

Gredzena rezonators

Gredzena rezonators- optiskais rezonators, kurā gaisma izplatās pa slēgtu ceļu vienā virzienā. Tilpuma gredzena rezonatori sastāv no trim vai vairākiem spoguļiem, kas orientēti tā, lai no katra no tiem secīgi atstarotos gaisma, radot pilnīgu apgriezienu. Gredzenu rezonatori tiek plaši pielietoti lāzera žiroskopos un lāzeros. Šķiedru lāzeros izmanto īpašas konstrukcijas šķiedru gredzena rezonatorus, parasti optiskās šķiedras veidā, kas noslēgts gredzenā ar WDM savienotājiem sūkņa starojuma ievadīšanai un radītā starojuma izvadīšanai.

Skatīt arī

• Rezonators Fābrijs - Perots

Literatūra

• Zvelto O. Principles of Lasers = Principles of Lasers. - 3. izdevums. - M .: Mir, 1990. - 558 lpp. - ISBN 5-03-001053-X
• Agrawal G.P. Gaismas viļņu tehnoloģija: komponenti un ierīces. - Wiley-IEEE, 2004. - 427 lpp. - ISBN 9780471215738
• Agrawal G.P. Nelineārās optiskās šķiedras pielietojumi. - 2. izd. - Academic Press, 2008. - Vol. 10. - 508 lpp. - (Optikas un fotonisu sērija). - ISBN 9780123743022

Saites

• Optiskais rezonators- raksts no Fiziskās enciklopēdijas

Wikimedia fonds. 2010 .

• Gredzens (elektriskā depo)
• Gredzena strāva

Skatiet, kas ir "Gredzena rezonators" citās vārdnīcās:

gredzena rezonators- Optiskais rezonators, kurā elektromagnētisko svārstību izplatīšanās notiek slēgtā ķēdē. [GOST 15093 90] Tēmas lāzera aprīkojums EN gredzena rezonators … Tehniskā tulkotāja rokasgrāmata

gredzena rezonators- žiedinis rezonatorius statusas T joma fizika atitikmenys: engl. gredzena dobums; gredzenu rezonators vok. Ringrezonators, m rus. gredzena rezonators, m pranc. resonateur annulaire, m … Fizikos terminų žodynas

gredzena rezonators- Atvērts rezonators, kura spoguļi nodrošina elektromagnētisko viļņu izplatīšanos pa slēgtu ķēdi ... Politehnisko terminu skaidrojošā vārdnīca

GREDZEŅA LĀZERS- skatīt Art. Optiskais rezonators. Fiziskā enciklopēdija. 5 sējumos. Maskava: padomju enciklopēdija. Galvenais redaktors A. M. Prohorovs. 1988... Fiziskā enciklopēdija

Optiskais rezonators- vairāku atstarojošu elementu komplekts, kas veido atvērtu rezonatoru (atšķirībā no slēgta dobuma rezonatoriem, ko izmanto mikroviļņu diapazonā), veidojot stāvošu gaismas vilni. Optiskie rezonatori ir viens no galvenajiem elementiem ... ... Wikipedia

OPTISKAIS DOBUMS- ierīce, kurā var satraukti stāvošu vai skrienošu e-pastu. magn. optiskie viļņi. diapazons. O. r. ir vairāku kolekcija spoguļi un yavl. atvērts rezonators, atšķirībā no vairuma dobuma rezonatoru, ko izmanto diapazonā ... ... Fiziskā enciklopēdija

šķiedru lāzers- Visas šķiedras femtosekundes erbija lāzers. Šķiedru lāzerlāzers, kura aktīvā vide un, iespējams, rezonators ir optiskās ... Wikipedia

lāzera žiroskops- Lāzera žiroskopa diagramma. Šeit lāzera stars cirkulē ar spoguļu palīdzību un tiek nepārtraukti pastiprināts ar lāzeru (precīzāk, ar kvantu pastiprinātāju). Slēgtai cilpai ir atzars caur caurspīdīgu spoguli (vai, piemēram, caur spraugu) sensorā, kura pamatā ir ... Wikipedia

astoņas figūras lāzers- Šķiedru lāzers ar astoņu gredzenu rezonatoru. In: sūkņa starojums. Out: izejas starojums. 1: aktīvā šķiedra. 2: polarizators. 3: optiskais izolators. 4 WDM savienotājs. 50:50 dalītājs 50 / ... Vikipēdija

Lāzeru izgudrošanas vēsture- 1917 A. Einšteins iepazīstina ar stimulētās emisijas jēdzienu 1920 I. Frenks un F. Reihe apstiprināja metastabilu stāvokļu esamību satrauktā stāvoklī 1927 Pols Diraks rada stimulētās emisijas kvantu teoriju 1928 R. Ladenburgs ... ... Wikipedia