Razcepljeni obročni resonator. Obročni resonator

OPTIČNA VOTLINA- niz več oblikovanje odsevnih elementov odprt resonator(za razliko od zaprtega volumetrični resonatorji, ki se uporablja v mikrovalovnem območju). Za valovne dolžine< 0,1 см использование закрытых резонаторов, имеющих размеры d~ težko zaradi majhnosti d in velike izgube energije v stenah. Uporaba volumetričnih resonatorjev z d> nemogoča tudi zaradi vzbujanja velikega števila lastnosti v njih. nihanja, ki so po frekvenci blizu, zaradi česar se resonančne črte prekrivajo in resonančne lastnosti praktično izginejo. Tat. odsevni elementi ne tvorijo zaprte votline, zato večina lastnih. nihanja so močno dušena in le majhen del jih je šibko dušena. Kot rezultat, spekter nastalega O. r. zelo redko.
O. r. - resonančni sistem laser, ki določa spektralno in modovno sestavo lasersko sevanje, kot tudi njegovo smer in polarizacijo. Iz O. r. Odvisno je od polnjenja aktivnega medija laserja s poljem sevanja in posledično iz njega odvzete moči sevanja ter učinkovitosti laserja.
Najenostavnejši O. r. je Fabryjev interferometer - Pero, sestavljen iz dveh ravnih vzporednih zrcal. Če med ogledali, ki se nahajajo na razdalji d drug od drugega se proti njim normalno širi ravninski val, nato pa kot posledica njegovega odboja od ogledal v medsebojnem prostoru nastanejo stoječi valovi (naravna nihanja). Pogoj za njihov nastanek je, kje q- število polvalov, ki se prilegajo med ogledali, imenovano. indeks vzdolžnih vibracij (običajno q~ 10 4 - 10 6). Lasten frekvenca O. r. oblikovati aritmetiko. napredovanje z razliko c/2d(ekvidistančni spekter). Pravzaprav je zaradi uklona na robovih zrcal nihajno polje odvisno tudi od prečnih koordinat, nihanja pa so označena tudi s prečnimi indeksi T, p, ki določajo, kolikokrat se polje spremeni v 0, ko se prečne koordinate spremenijo. Bolj T in p, večje je dušenje nihanj zaradi sevanja v prostor (zaradi uklona svetlobe na robovih zrcal). Modifikacije z t = n = 0 ime vzdolžno, ostalo - prečno.
Ker koeficient dušenje tresljajev narašča z naraščanjem T in p hitreje od frekvenčnega intervala med sosednjimi nihanji, potem resonančne krivulje ustrezajo velikim T in p, se prekrivajo in ustrezna nihanja se ne pojavijo. Coef. dušenje je odvisno tudi od števila n Fresnelove cone vidne na zrcalu dia. R od središča drugega ogledala, ki se nahaja na razdalji od prvega d:(cm. Fresnelovo območje). pri N~ 1 ostane 1 - 2 vibraciji, ki spremljata glavno. nihanje ( q = 1).

Resonatorji z dvojnim zrcalom. O. r. z ravnimi ogledali so občutljivi na deformacije in popačenja ogledal, kar omejuje njihovo uporabo. O. r. so prikrajšani za to pomanjkljivost. s sferičnim ogledala (slika 1), v katerih žarki, ki se večkrat odbijajo od konkavnih ogledal, ne presegajo površine ovojnice - jedke. Ker valovno polje hitro upada zunaj kavstičnega, sevanje iz sferičnega O. r. s kavstiki je veliko manj kot sevanje iz ravnega OR.

riž. 1. Dvozrcalni resonator.

Redčenje spektra se v tem primeru uresniči zaradi dejstva, da dimenzije kavstika rastejo z naraščanjem T in n. Za tresljaje z velikimi T in p Izkazalo se je, da se jedka nahaja blizu roba zrcal ali pa se sploh ne oblikuje. Sferična O. r. z jedkimi imenovanimi stabilen, ker paraksialni žarek, ko se odbije, ne zapusti paraksialnega območja (sl. 2, A). Trajnostni O. r. neobčutljivi na majhne premike in popačenja zrcal, se uporabljajo z aktivnimi mediji z nizkim ojačanjem (10% na prehod). Za medije z velikim ojačenjem se uporabljajo nestabilni OR, v katerih se ne morejo oblikovati jedke snovi; žarek, ki poteka blizu osi resonatorja pod majhnim kotom nanjo, se po odbojih oddaljuje od osi za nedoločen čas. Na sl. 2( b) je podan stabilnostni diagram O.R. pri razgradnji razmerja med radiji R 1 in R 2 ogledali in razdalja d med njimi. Neosenčena območja ustrezajo prisotnosti jedkih snovi, osenčena območja ustrezajo njihovi odsotnosti. Točke, ki ustrezajo resonatorju z ravnim (P) in koncentričnim (C) zrcalom, ležijo na meji zasenčenih območij. Na meji med stabilnim in nestabilnim O. r. nahaja se tudi konfokalni OR. ( R 1 = R 2 = d). Od hleva O. r. maks. pogosto se uporablja polkonfokalna ( R 1= x R 2 = 2d), iz nestabilnega - teleskopskega O. r. ( R 1+ R 2 = 2d). Izgube sevanja v nestabilnih operacijskih sobah. za vibracije višjih vrst je veliko večja kot za osnovne. nihanja. To omogoča doseganje enomodnega laserskega ustvarjanja in s tem povezano visoko usmerjenost sevanja.

riž. 2. Tvorba jedkih snovi ( A) in stabilnostni diagram dvozrcalnih resonatorjev ( b): znaki plus označujejo področja stabilnosti; minus - območja nestabilnosti; polne črte so meje teh območij; P - resonator z ravnimi ogledali; konf. - konfokalni resonator; K - koncentrični resonator; pikčasta črta - linija teleskopskih resonatorjev.

Teorija. Distribucija električne energije polja E trajnostni O. r. v ravnini, pravokotni na os O. r. ( z), ki ga opisuje izraz

Tukaj E 0- koeficient, ki določa amplitudo polja; N t, str- Hermitovi polinomi (glej. Ortogonalni polinomi) t th in n stopnje: H 0 (x) = 1, N 1 (x) = 2x, N 2 (x) = 4x 2 - 2, N 3 (x) = 8x 3 - 12x; W- prečni polmer vzdolžnega načina (na razdalji od osi O.R., ki je enaka W, energijska gostota vzdolžnega načina upada e enkrat). Zasvojenost W(z) ima obliko

kjer je z merjen od ti. pasu vzdolžnega načina, tj. od točke na osi resonatorja, kjer je njegov polmer največji. vrednost enaka W 0(slika 2, A). Razdalja od transparenta do ogledala R 1

polmer vzdolžne mode v pasu

Frekvenčni spekter dvozrcalne O. r. je podan s pogojem

Porazdelitev polja na zrcalu je prikazana na sl. 3. Ker je frekvenčni spekter dvozrcalne O. r. degenerirano (odvisno samo od vsote t + n, vendar ne iz vsakega od indeksov posebej), potem E(x,y) se lahko razlikujejo od (1). Posebna vrsta porazdelitve je odvisna od šibkih motenj diafragm ali drugih predmetov v območju, ki ga zaseda žarek. Zlasti z aksialno simetrijo so možne porazdelitve polja (slika 4), opisane v cilindričnih izrazih. koordinate ( r,, z) izraz

Tukaj l, str- indeksi nihanja, ki določajo, kolikokrat se polje ob spremembi spremeni v 0 r in W(z)- polmer vzdolžne oblike; - posplošen Laguerrov polinom:

Spectrum O. r. z osno simetrijo je določena z razmerjem (2), kjer je ( T + p+ 1) je treba nadomestiti z ( 2p + l+ 1).

riž. 3. Porazdelitev polja na zrcalu s pravokotno simetrijo.

riž. 4. Porazdelitev polja na zrcalu z osno simetrijo; * ustreza porazdelitvi polja, ko sta dodana dva pravokotno polarizirana načina.

Kompozitni resonator. Poleg ogledal O. r. pogosto vsebuje t.i aktivni elementi (plošče, leče itd.). Kompozit O. r. lahko deluje v dveh načinih, odvisno od tega, ali se sevanje, ki se odbija od vmesnih površin, uporabi ali izgubi. Če se uporablja odbito sevanje, potem O. r. klical dogovorjeno. Vsak del dogovorjenega operacijskega sistema, ki je zaprt med dvema sosednjima vmesnikoma, je mogoče obravnavati kot ločen del. resonator, transverzalni načini teh resonatorjev pa so izbrani tako, da sovpadajo na vmesnikih. Pogoj ujemanja (slika 5) ima obliko

Dogovorjeno O. r. ima neekvidistanten spekter in se lahko uporablja za redčenje longitudinalnega spektra OR. (glej spodaj).
Pomemben problem v primeru kompozitnih O. r. je ef. polnjenje laserskega aktivnega medija s poljem izbranega načina. Če sestavljenka O. r. ima os ali simetrijsko ravnino, potem je vzdolžni način (kot pri dvozrcalnem O, r.) Gaussov žarek (glej. Kvazioptika Njegov prehod skozi optično vlakno. elementi so opisani z matrikami teh elementov (glej Matrične metode v optiki) in prehod skozi O. r. opisuje matrika, ki je produkt matrik njenih sestavnih optičnih elementov. elementi. V tem primeru kompleksni parameter Gaussovega žarka q določen z enačbo

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

Coef. A, B, C, D tvorijo matriko O. r. Ta enačba, kot tudi razmerja R= -l, = [kIm(1 /q)] -1 omogočajo določitev prečnega polmera žarka in polmera ukrivljenosti valovne fronte R v katerem koli delu resonatorja.

Izbira vzdolžnih načinov. Za redčenje (izbor) vzdolžnih načinov, ki imajo enako prečno porazdelitev polja, vendar se razlikujejo po frekvenci, se uporabljajo resonatorji, ki vsebujejo disperzivne elemente (prizme, uklonske rešetke, interferometri itd.). Zlasti aditiv se uporablja kot disperzijski element. O. r. povezan z glavnim in tvori tako imenovani. ekvivalentno ogledalo, koeficient odboji r odvisni od frekvence v. Za odstranitev enega od longitudinalnih načinov iz spektra, max. Primeren je linearni trizrcalni O.R. (slika 6, A), da poudarite en longitudinalni način v spektru - Fox-Smithov resonator (slika 6, b) in v obliki črke T (slika 6, V). V nekaterih primerih je primeren O. r. Michelson (slika 6, G).

riž. 6. Različne vrste sklopljenih resonatorjev (I) in odvisnost odbojnega koeficienta ekvivalentnega zrcala od frekvence v(II).

Barvni laserji uporabljajo kombinacijo uklonskih vzorcev. rešetka in Fabry-Perotov interferometer (slika 7). V tem primeru interferometer izbere en longitudinalni način, rešetka pa prepreči generiranje na drugih vrstnih redih interferometra. Leče L 1 in L 2, ki tvorijo tako imenovani. teleskop, uskladijo ozek žarek, ki gre skozi aktivni medij A, s širokim žarkom, ki vpada na interferometer in rešetko.Aktivni medij v takem OR. igra tudi vlogo diafragme, ki poudarja glavno. prečni način. Takšna O. r. je omogočilo ustvarjanje enofrekvenčnega nastavljivega v širokem območju barvni laserji.

riž. 7. Resonator, ki vsebuje disperzivne elemente (uporablja se v barvnih laserjih). A - kiveta z aktivnim medijem; Z - neprozorno ali delno prozorno ogledalo; I - Fabry-Perot interferometer; D - uklonska rešetka.

Izbira transverzalnih modusov temelji na razliki v porazdelitvi polj transverzalnih modusov z različnimi T in p. Ker običajno morate poudariti glavno. moda, rob ima min. kot, divergenca, Gaussova porazdelitev in min. dolžine v prečni smeri, nato se uporabi diafragma žarka znotraj OR. Polmer diafragme mora biti približno enak prečnemu polmeru moda, ki sledi glavnemu. V tem primeru se izgube vseh načinov, razen glavnega, močno povečajo.
Pri izbiri prečnih načinov je potrebna preostala enotnost. moda je učinkovito zapolnila aktivno okolje. Zato so meje območij stabilnosti pomembne (sl. 2, 6 ), kjer se povečajo prečne dimenzije modusov: 1) polmer modusov se poveča po celotnem volumnu, če je razdalja d med zrcaloma stalna, polmeri kota zrcal pa R l in R 2(hkrati se močno poveča občutljivost resonatorja na neskladja); 2) radij mode se poveča na 1. ogledalu in zmanjša na 2. if dR 1(R 2 >R 1); 3) radij mode se poveča na 2. ogledalu in zmanjša na 1. if d R2; 4) polmer mode se poveča na obeh ogledalih in zmanjša v območju njunih središč ukrivljenosti, če d (R 1 + R 2).
Če je potrebno izpust k--l. najvišjega moda je na ničelni liniji porazdelitve polja tega moda nameščen tanek razpršilni filament, ki nima vpliva na izbrani mod in zaduši druge moduse, ki se na tej liniji ne obrnejo na 0.
Resonatorji z anizotropnimi elementi. Polarizacija laserskega sevanja je določena s t.i. anizotropni elementi, ki jih najdemo v reki O. Takšni elementi so dvolomne plošče, polarizatorji,snovi, ki imajo optična dejavnost, itd., kot tudi Brewsterjeve plošče in dielektrik. zrcala s poševnim vpadom sevanja nanje. Polarizacija je določena z metodo Jonesove matrike. Hkrati pa polarizacija matriko celotnega O. r. je produkt matrik njegovih sestavnih elementov, razporejenih v vrstnem redu, v katerem sevanje prehaja skozi te elemente, začenši od mesta, kjer je potrebno določiti stanje polarizacije. Lasten polarizacijski vektorji matrike so Jonesovi vektorji E(E x, E y) polja, ustvarjena v O. R. Stopnja polarizacije e in smer pogl. osi polarizacijske elipse a določajo razmerja

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

Lastni moduli Vrednosti Jonesove matrike določajo izgube OR, ki jih povzročajo polarizatorji, in njihove faze. vrednosti - polarizacija popravke frekvenc ustreznih načinov. Z izbiro anizotropnih elementov lahko dosežemo želeno stanje polarizacije. Glede na to, da imajo anizotropni elementi običajno opazno disperzijo, jih lahko uporabimo tudi za redčenje longitudinalnega spektra.

Obročni resonatorji. Razpon lastnosti frekvence obroča OR, ki ga tvorijo trije enaki sferični. polmerna ogledala R, ki se nahaja na ogliščih enakostraničnega trikotnika s stranico A(slika 8), je določena z razmerjem

riž. 8. Obročasti optični resonatorji.

Pasovi načina se nahajajo na sredinah stranic trikotnika; Prečni obsegi modusov v pasu v ravnini osne konture so enaki:

Če ima resonator samo eno sferično zrcalo in dve ravni (sl. 8,6) , potem je njegov spekter določen z razmerjem

Prečni obsegi modusov v predelu pasu, robovi se nahajajo na sredini stranice trikotnika, ki je nasproti sferičnega. ogledalo v ravnini resonatorja so enake:

Optični sistem, ki tvori O. r. z neravno konturo, npr. sistem 4 zrcal, ki se nahajajo na vrhovih tetraedra (sl. 8, V), je značilno, da je slika določenega predmeta, izdelana s tem sistemom, zasukana glede na sam predmet za določen kot, značilen za ta sistem. Pri tetraedru je ta kot enak, kjer so koti med sosednjima vpadnima ravninama žarkov na zrcalih (ploskvah tetraedra), ki so izmerjeni tako, da tetraeder leži znotraj kota. Vzdolžni način O. r. z neravnim obrisom je žarek, v katerem je Ch. osi eliptične porazdelitev amplitude so zasukani pod določenim kotom glede na gl. ukrivljene črte valovne fronte. Zaradi tega je porazdelitev amplitude med širjenjem žarka v prostem prostoru podvržena rotaciji, ki kompenzira rotacijo, ki jo povzroča volumetrična razporeditev zrcal. Prstan O. r. z neravno konturo se uporabljajo na primer v laserski žiroskopi. Zlasti omogočajo, da se znebimo anizotropije, ki je lastna obročnim OR. z ravnim obrisom.

Nestabilni resonatorji imajo velike izgube sevanja navzven. prostora (glej zgoraj). Izgube naraščajo z naraščanjem T in p, zahvaljujoč temu, nestabilna O. r. zagotoviti enosmerni način (v skladu z T in p)generacija. Prednost nestabilnega O. r. je velik prečni obseg glavnega. načinov, zaradi česar jih je mogoče uporabljati z aktivnimi mediji velikega preseka. Energija se odvzame iz nestabilne OR praviloma ne skozi zrcala, kot v stabilnih OR, ampak za robovi enega od zrcal. V nestabilnem O. r. pomembno (negativno) vlogo ima val, ki se odbija od roba zrcala in konvergira proti osi optičnega sistema. Za zmanjšanje takšnega odboja se uporablja glajenje roba zrcala, ki mu daje zvezdasto obliko, zaokrožuje robove itd.
Osnovno moda nestabilnega O. r. tvorita dva sferična valovi, ki se širijo med ogledali drug proti drugemu. V primeru teleskopskega nestabilen O. r. (slika 9) je lahko eden od valov raven. Središče sferično valovi so v daljavi x = R 2/2 za konveksnim zrcalom s polmerom ukrivljenosti R 2. Konkavno zrcalo mora imeti polmer ukrivljenosti | R 1 | = 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.
Nestabilen O. r. z vrtenjem se polja tvorijo z defokusirnim sistemom zrcal, ki se nahajajo na ogliščih neravninskega poligona. Vendar večina Pomembne so optične črte, ki jih tvorita dva diedra kotna reflektorja (slika 10), katerih robovi so obrnjeni pod kotom drug glede na drugega. Če enega ali več ploskve reflektorjev so izbočene, nato O. r. nestabilen.

riž. 9. Nestabilen teleskopski resonator.

riž. 10. Linearni resonator z rotacijo polja, ki ga tvorijo kotni reflektorji.

Ko polje popolnoma obide tak resonator, doživi rotacijo za kot Prednost nestabilnega OR. z vrtenjem polja je mogoče oddajati sevanje v obliki ne obročastega žarka, kot v običajnem nestabilnem OR, temveč preprosto povezanega kompaktnega žarka (slika 11).

riž. 11. Izhod energije v obliki kompaktnega preprosto povezanega žarka iz nestabilnega resonatorja z vrtenjem polja za AC- rob kotnega reflektorja zrcala, v bližini katerega izhaja žarek sevanja (zasenčen), NN"- rob istega ogledala, GG" - rob drugega kotnega reflektorja.

Lit.: Vainshtein L.A., Odprti resonatorji in odprti valovod, M., 1966; Ananyev Yu A., Optični resonatorji in problem razhajanja laserskega sevanja, M., 1979; Priročnik o laserjih, prev. iz angleščine, ur. A. M Prokhorova, zvezek 2, M., 1978, pogl. 22, 23; Karlov N.V., Predavanja o kvantni elektroniki, 2. izd., M., 1988.

Izum se nanaša na lasersko tehnologijo in je namenjen predvsem uporabi v plinskem laserju. Tehnični rezultat izuma je ustvarjanje optičnega resonatorja, ki omogoča zmanjšanje teže in velikosti plinskih laserjev ter povečanje proizvodne zmogljivosti njihove izdelave. Obročasti optični resonator vsebuje sistem zrcal, ki tvorijo optično os v obliki zaprte lomljene črte. Zrcala sistema so nameščena vzdolž površin obročaste votline, ki jo tvorijo cilindrične koaksialne površine. V tem primeru so zrcala nameščena relativno drug proti drugemu tako, da tvorijo v odseku, pravokotnem na os koaksialnih valjastih površin, optično os v obliki sklenjene zlomljene črte, katere segmenti se sekajo obročasto votlino. 2 bolan.

Risbe za patent RF 2388123

Izum se nanaša na lasersko tehnologijo in je namenjen predvsem uporabi v plinskem laserju.

Linearni optični resonatorji z ogledali, ki se nahajajo na eni ravni liniji, ki je skupna optična os ogledal (os resonatorja) (Tarasov L.V. Laserji in njihova uporaba. "Radio in komunikacije", 1983), so postali široko uporabljeni pri načrtovanju tehnoloških laserji. Slabost omenjenih resonatorjev je povečane vrednosti značilnosti teže in velikosti laserskih naprav, izdelanih na njihovi osnovi. To je posledica dejstva, da so laserski pretočni kanali, namenjeni črpanju plinastega aktivnega medija, škatlaste oblike s pravokotnim prerezom. Izdelovalnost takšne zasnove je nizka, saj je za visoko natančno obdelavo pravokotnih kanalov potrebna posebna oprema.

Znani obročni optični resonatorji zagotavljajo kroženje svetlobnega toka vzdolž določenega zaprtega kroga. To dosežemo z uporabo sistema treh (ali več) zrcal, ki so med seboj primerno postavljena. (Fizični enciklopedični slovar. M .: Sovjetska enciklopedija, 1983, str. 500). Pomanjkljivost znanih obročnih resonatorjev je, da njihova uporaba ne doseže potrebnega zmanjšanja parametrov teže in velikosti laserske naprave.

Cilj izuma je odpraviti pomanjkljivosti znanega obročnega optičnega resonatorja in ustvariti obročni resonator, ki omogoča minimiziranje teže in velikosti plinskih laserjev ter povečanje proizvodne zmogljivosti njihove izdelave.

Naloga je dosežena z dejstvom, da so v predlaganem obročnem optičnem resonatorju, ki vsebuje sistem zrcal, ki tvorijo optično os v obliki zaprte lomljene črte, zrcala sistema nameščena vzdolž površin obročaste votline, ki jo tvori cilindrična koaksialna površine, zrcala pa so med seboj nameščena tako, da tvorijo odsek, pravokoten na os koaksialnih cilindričnih površin, optična os pa v obliki zaprte lomljene črte, katere segmenti sekajo obročasto votlino.

Izboljšajte operativne lastnosti laserskega sistema z

zmanjšanje njegove teže in velikosti;

Zmanjšajte stroške izdelave laserskega sistema s povečanjem njegove izdelovalnosti.

Bistvo izuma je prikazano na sl. 1, sl. 2, ki prikazujeta projekciji diagram oblikovanja obročni optični resonator (v nadaljevanju "resonator").

Slika 1 prikazuje vzdolžno razdelek B-B s podobo konstrukcijskih elementov resonatorja. Slika 2 prikazuje (v povečanem merilu) prečno razdelek A-A s podobo konstrukcijskih elementov resonatorja.

Položaji so označeni:

1 - ogledalo, ki se nahaja vzdolž zunanje cilindrične površine;

2 - ogledalo, ki se nahaja vzdolž notranje cilindrične površine;

3 - sistem ogledal 1, 2;

4 - optična os sistema ogledal;

5, 6 - koaksialne cilindrične površine - zunanje in notranje;

7 - obročasta votlina;

8 - os koaksialnih cilindričnih površin;

9 - izhodno okno laserskega svetlobnega žarka;

10 - oddajna luknja(e);

11 - segment optične osi - smer začetnega vzbujanja aktivnega medija;

12 - luknja za vnos fotonov začetnega vzbujanja aktivnega medija.

Puščici "Vhod" in "Izhod" na sliki 1 prikazujeta smer toka aktivnega medija skozi obročasto votlino 7 resonatorja.

Resonator, sl. 1, 2, je sestavni del laser in je zasnovan za vzbujanje elektromagnetnih valov v optičnem območju (preostali deli laserja niso prikazani na slikah 1, 2).

Resonator je sistem (niz) 3 zrcal 1, 2, ki se nahajajo vzdolž površin obročaste votline 7, ki jo tvorijo koaksialne cilindrične površine 5 in 6. Ogledala 1, 2 sistema 3 so nameščena relativno drug proti drugemu, tako da tvorijo v odseki A (sl. 2) , pravokotno na os 8 koaksialnih valjev 5 in 6, optična os 4 v obliki zaprte lomljene črte, katere segmenti sekajo obročasto votlino 7.

V realnem dizajnu plinskega laserja so stene ohišja laserja nameščene vzdolž površin obročaste votline 7 in tvorijo kanal. V kanalu je nameščen sistem zrcal 3, po katerem se črpa plin, ki je aktivni medij z doseženim stanjem inverzije (naprava za doseganje stanja inverzije aktivnega medija tukaj ni obravnavana).

Resonator deluje na naslednji način.

Za preklop resonatorja v stacionarni laserski način se v aktivnem mediju ustvari začetno vzbujanje (push), na primer v obliki fotonov, ki se oddajajo skozi luknjo 12 vzdolž segmenta 11 optične osi resonatorja (naprava za oblikovanje tu ne upoštevamo začetnega vzbujanja aktivnega medija).

Omenjeni fotoni, ki jih večkrat odbijejo zrcala 1, 2 sistema 3, vedno znova prehajajo skozi aktivni medij vzdolž zaprte lomljene črte optične osi 4, kar povzroča vedno večji plaz aktov stimulirane emisije. Proces spremljajo izgube energije. Izgube so sestavljene iz notranjih izgub (na primer zaradi absorpcije in sipanja svetlobe v aktivnem mediju, ogledalih in drugih elementih laserja) in izgub energije sevanja skozi izhodno okno 9. Izhodno okno je izdelano v obliki prosojno zrcalo ali v obliki zrcala z oddajno luknjo (luknjami) 10.

Pri neprekinjenem laserskem sevanju je lavinsko povečevanje moči stimulirane emisije omejeno z nelinearnimi procesi v aktivnem mediju in močjo črpalnega vira. Zaradi teh omejitev se povečevanje intenzivnosti valovanja ustavi.

Delovanje resonatorja (zagotavlja lasersko sevanje) se nadaljuje v času vzdrževanja črpanja aktivnega medija iz zunanjega vira energije.

Ogledala sistema 3 so lahko izdelana bodisi v obliki sklopa posameznih elementov 1 (slika 2) bodisi v obliki trdnega dela - obroča, katerega robovi tvorijo ogledala 2 (slika 2).

Če je treba spremeniti prostorske značilnosti laserskega žarka, se uporabijo znana tehnična sredstva, ki jih tu ne obravnavamo.

Predlagano zasnovo votline je mogoče uporabiti tudi v polprevodniških laserjih.

Kombinacija zgoraj navedenih bistvenih lastnosti pri izvedbi predlaganega izuma omogoča pridobitev naslednjih tehničnih rezultatov:

Zmanjšajte težo in velikost plinskega laserja tako, da naredite njegov pretočni del osno simetričen namesto v obliki škatle. Zmanjšanje masno-gabaritnih karakteristik je še posebej pomembno pri laserjih, namenjenih za namestitev na vozila;

Zmanjšajte stroške izdelave laserja s povečanjem njegove izdelovalnosti z zamenjavo škatlastih delov ohišja resonatorja z osnosimetričnimi deli.

ZAHTEVEK

1. Obročasti optični resonator, ki vsebuje sistem zrcal, ki tvorijo optično os v obliki sklenjene lomljene črte, označen s tem, da so zrcala sistema nameščena vzdolž površin obročaste votline, ki jo tvorijo cilindrične koaksialne površine, medtem ko so zrcala nameščena drug glede na drugega, tako da tvorijo v odseku, pravokotnem na os, koaksialne valjaste površine, optična os pa v obliki sklenjene lomljene črte, katere segmenti sekajo obročasto votlino.

Obročasti resonator je resonator, pri katerem se laserski žarek po prehodu skozi celoten sistem zapre sam vase. Obročasti resonator vsebuje tri ali več zrcal, ki se nahajajo pod kotom drug proti drugemu. Kot primer na sl. Slika 2.13 prikazuje optični diagram resonatorja s štirimi zrcali.

riž. 2.13. Optična zasnova štirizrcalnega obročnega resonatorja (zrcala M 1, M 2 in M ​​3 so gosta, zrcalo M 4 je prosojno)

Obstajajo obročasti resonatorji z ravno optično aksialno konturo (planarni resonatorji) in neplanarno optično aksialno konturo (neplanarni resonatorji). Glavna značilnost obročnih resonatorjev je, da so njihovi načini potujoči valovi, zato jih imenujemo resonatorji s potujočimi valovi. V tem primeru vsi načini sestavljajo dve skupini protiširjenih valov, ki praktično ne delujejo drug z drugim.

Za opis obročnih resonatorjev je treba upoštevati njihove polarizacijske lastnosti. Takšen resonator vedno vsebuje anizotropne elemente, ki vodijo do neprekinjenega spreminjanja polarizacije žarka. Najenostavnejši primer takega elementa je večslojno dielektrično ogledalo s poševnim vpadom elektromagnetnih valov nanj. Preučevanje polarizacijskih lastnosti laserskega žarka omogoča

najti spektralne razdalje med načini različnih polarizacij, načini nasprotnega širjenja itd.

Lastna nihanja ravninskih obročastih resonatorjev je priročno izračunati z matrično metodo ABCD, ki je produkt matrik posameznih optičnih elementov, skozi katere prehaja svetloba (glej prilogo 1). Resonančne frekvence ravninskega obročnega resonatorja so določene z razmerjem

Tu je a stranica kvadrata, R je polmer ukrivljenosti zrcal, ki tvorijo resonator.

2. Spekter resonatorja, ki ga tvorijo tri enaka zrcala, ki se nahajajo na ogliščih pravilnega trikotnika, je določen z razmerjem

Glavna težava pri uporabi obročnih resonatorjev v laserski tehnologiji je zmanjšanje interakcije med valovi, ki se nasprotno širijo. Da bi to naredili, so valovi, ki se nasprotno širijo, ločeni po frekvenci, če je mogoče, z uporabo nerecipročnih anizotropnih elementov, njihova polarizacija pa poskuša biti pravokotna.

Teorija neplanarnih resonatorjev je veliko bolj zapletena in manj razvita kot teorija planarnih resonatorjev, čeprav so njihove lastnosti s praktičnega vidika zelo privlačne. Ta tema v tem delu ni obravnavana.

2.3.5. Učinkovitost pretvorbe energije črpalke v laserskih votlinah

Ena glavnih zahtev za laserski resonator je visoka učinkovitost pretvorbe energije, shranjene v vzbujenem AS, v energijo laserskega sevanja. Da bi to dosegli, morajo biti izpolnjeni naslednji pogoji:

1) izberite mere in razporeditev resonatorskih zrcal tako, da bo celoten volumen AS je bil enakomerno napolnjen z laserskim sevanjem;

2) optimizirati absorpcijske koeficiente T in odboji R resonatorskih zrcal. Te količine določajo izgube, ki nastanejo v resonatorju.

IN v idealiziranem primeru največji možni odvzem energije iz enote prostornine AS je določena z gostoto pretoka laserskega sevanja (ρ, število fotonov cm-2 s-1), v katerem se fotoni generirajo v prostornini AS na enoto časa. Vendar pa gre fotonski tok, ki nastane v AS

z zgornje ravni v nižje ravni na dva načina: spontano in prisilno. Po drugi strani se nekateri fotoni prisilnih prehodov absorbirajo v resonatorju (škodljive izgube), nekateri od njih pridejo ven v obliki koristnega laserskega sevanja. V skladu s temi premisleki lahko izraz za učinkovitost pretvorbe energije predstavimo kot produkt dveh faktorjev:

kjer sta ρ1 in ρ2 gostota fotonov pri spontani in stimulirani emisiji.

Tako ocena učinkovitosti pretvorbe energije za večmodno lasersko sevanje, ob upoštevanju vseh dejavnikov in izgub sevanja v resonatorju, vodi do enačbe, ki je odvisna od številnih komponent in geometrijskih faktorjev resonatorja in ima obliko:

sorazmernost med inverzno populacijo in k 0 us ; L – dolžina resonatorja; R je odbojni koeficient izhodnega ogledala resonatorja; P nac. – moč črpanja.

Situacija z izračunom učinkovitosti laserja v primeru enomodnega laserja se izkaže za bolj zapleteno, vendar enačba (2.29) prikazuje metodo za optimizacijo parametrov votline, pri kateri se zmanjša delež spontane emisije in hkrati delež izhodne moči laserja se poveča.

Obročni resonator

Obročni resonator- optični resonator, v katerem se svetloba širi po zaprti poti v eno smer. Volumetrični obročasti resonatorji so sestavljeni iz treh ali več zrcal, ki so usmerjena tako, da se svetloba zaporedno odbije od vsakega od njih, pri čemer se opravi popolna rotacija. Obročasti resonatorji se široko uporabljajo v laserskih žiroskopih in laserjih. Vlakneni laserji uporabljajo posebne oblike resonatorjev z optičnimi obroči, običajno v obliki optičnega vlakna, sklenjenega v obroč s sklopkami WDM za vnos sevanja črpalke in oddajanje generiranega sevanja.

Poglej tudi

• Fabry-Perotov resonator

Literatura

• Žvelto O. Principi laserjev = Principles of Lasers. - 3. izd. - M.: Mir, 1990. - 558 str. - ISBN 5-03-001053-Х
• Agrawal G. P. Lightwave tehnologija: komponente in naprave. - Wiley-IEEE, 2004. - 427 str. - ISBN 9780471215738
• Agrawal G. P. Uporaba nelinearne optike. - 2. izd. - Academic Press, 2008. - Let. 10. - 508 str. - (Serija Optika in Photonis). - ISBN 9780123743022

Povezave

• Optični resonator- članek iz Fizične enciklopedije

Fundacija Wikimedia. 2010.

• Prstan (elektro depo)
• Obročni tok

Oglejte si, kaj je "obročni resonator" v drugih slovarjih:

obročni resonator- Optični resonator, v katerem se elektromagnetna nihanja širijo po zaprtem krogu. [GOST 15093 90] Teme laserska oprema EN obročni resonator ... Priročnik za tehnične prevajalce

obročni resonator- žiedinis rezonatorius statusas T sritis fizika atitikmenys: engl. obročna votlina; obročni resonator vok. Ringresonator, m rus. obročni resonator, m pranc. résonateur annulaire, m … Fizikos terminų žodynas

obročni resonator- Odprt resonator, katerega zrcala zagotavljajo širjenje elektromagnetnega valovanja vzdolž zaprtega tokokroga... Politehnični terminološki razlagalni slovar

OBROČNI LASER- glej čl. Optični resonator. Fizična enciklopedija. V 5 zvezkih. M.: Sovjetska enciklopedija. Glavni urednik A. M. Prohorov. 1988 ... Fizična enciklopedija

Optični resonator- kombinacija več odbojnih elementov, ki tvorijo odprt resonator (v nasprotju z zaprtimi volumetričnimi resonatorji, ki se uporabljajo v mikrovalovnem območju), ki tvorijo stoječi svetlobni val. Optični resonatorji so eden glavnih elementov... ... Wikipedije

OPTIČNA VOTLINA- naprava, v kateri je mogoče vzbujati stoječo ali tekočo elektriko. mag. optični valovi obseg. O. r. je zbirka več zrcala in pojave odprt resonator, za razliko od večine resonatorjev z votlino, ki se uporabljajo v obsegu... ... Fizična enciklopedija

Fiber laser- Femtosekundni erbijevi laser s polnimi vlakni. Fiber laser je laser, katerega aktivni medij in po možnosti resonator sta elementa optičnega ... Wikipedia

Laserski žiroskop- Shema laserskega žiroskopa. Tukaj laserski žarek kroži s pomočjo zrcal in ga laser (oz. kvantni ojačevalnik) nenehno ojača. Zaprta zanka ima vejo skozi prosojno ogledalo (ali na primer skozi režo) v senzor, ki temelji na ... Wikipedia

Slika 8 laser- Fiber laser z obročnim resonatorjem v obliki osmice. V: sevanje črpalke. Out: izhodno sevanje. 1: aktivna vlakna. 2: polarizator. 3: optični izolator. 4 WDM spojnik. 50:50 delitelj 50/ ... Wikipedia

Zgodovina izuma laserjev- 1917 A. Einstein predstavi koncept stimulirane emisije 1920 I. Frank in F. Reiche potrdita obstoj metastabilnih stanj v vzbujenem stanju 1927 Paul Dirac ustvari kvantno teorijo stimulirane emisije 1928 R. Ladenburg... ... Wikipedia