Bölünmüş halka rezonatörü. Halka rezonatörü

OPTİK BOŞLUK- birkaç taneden oluşan bir set yansıtıcı elemanlar oluşturan açık rezonatör(kapalıdan farklı olarak hacimsel rezonatörler, mikrodalga aralığında kullanılır). Dalga boyları için< 0,1 см использование закрытых резонаторов, имеющих размеры D~ küçük boyut nedeniyle zor D ve duvarlarda büyük enerji kayıpları. Hacimsel rezonatörlerin kullanımı d> içlerindeki çok sayıda özelliğin uyarılması nedeniyle de imkansızdır. frekansları birbirine yakın olan salınımlar, bunun sonucunda rezonans çizgileri örtüşür ve rezonans özellikleri pratik olarak kaybolur. Hırsız. yansıtıcı elemanlar kapalı bir boşluk oluşturmaz, dolayısıyla çoğu kendine aittir. salınımlar güçlü bir şekilde sönümlenir ve bunların yalnızca küçük bir kısmı zayıf bir şekilde sönümlenir. Sonuç olarak, ortaya çıkan O. r'nin spektrumu. çok seyrek.
Veya. - rezonans sistemi lazer spektral ve mod kompozisyonunu belirleyen Lazer radyasyonu yönü ve polarizasyonunun yanı sıra. O.r.'den. Lazerin aktif ortamının radyasyon alanıyla doldurulması ve dolayısıyla buradan uzaklaştırılan radyasyon gücü ve lazerin verimi bağlıdır.
En basit O. r. dır-dir Fabry interferometre - Tüy iki düz paralel aynadan oluşur. Belirli bir mesafede bulunan aynalar arasında ise D birbirlerinden normal olarak kendilerine doğru bir düzlem dalga yayılır, daha sonra aralarındaki boşluktaki aynalardan yansıması sonucu duran dalgalar (doğal titreşimler) oluşur. Oluşumlarının koşulu nerede Q- Aynaların arasına sığan yarım dalgaların sayısı denir. boyuna titreşim indeksi (genellikle Q~ 10 4 - 10 6). Sahip olmak frekans O. r. aritmetik oluşturur. farkla ilerleme c/2d(eşit mesafeli spektrum). Aslında aynaların kenarlarındaki kırınıma bağlı olarak salınım alanı da enine koordinatlara bağlıdır ve salınımlar aynı zamanda enine indekslerle de karakterize edilir. T, P, enine koordinatlar değiştiğinde alanın kaç kez 0'a döneceğini belirler. Daha fazla T Ve P uzaya yayılan radyasyon nedeniyle salınımların sönümlenmesi o kadar yüksek olur (ışığın aynaların kenarlarında kırılması nedeniyle). Modlar t = n = 0 isim boyuna, geri kalanı enine.
Çünkü katsayı titreşim sönümlemesi arttıkça artar T Ve P bitişik salınımlar arasındaki frekans aralığından daha hızlıysa, büyüklere karşılık gelen rezonans eğrileri T Ve Pörtüşür ve buna karşılık gelen dalgalanmalar görünmez. Katsayı. zayıflama aynı zamanda sayıya da bağlıdır N Ayna çapında görünen Fresnel bölgeleri. R birinciden belli bir mesafede bulunan başka bir aynanın ortasından D:(santimetre. Fresnel bölgesi). Şu tarihte: N~ 1, anaya eşlik eden 1 - 2 titreşim olarak kalır. dalgalanma ( q = 1).

Çift aynalı rezonatörler. Veya. Düz aynalı aynalar, aynaların deformasyonlarına ve çarpıklıklarına karşı hassastır, bu da kullanımlarını sınırlandırır. O.r. bu dezavantajdan mahrumdur. küresel ile içbükey aynalardan tekrar tekrar yansıyan ışınların zarf yüzeyinin ötesine geçmediği aynalar (Şekil 1) - kostikler. Dalga alanı kostik dışında hızla azaldığı için küreselden gelen radyasyon Veya. kostik ile düz bir ameliyathaneden gelen radyasyondan çok daha azdır.

Pirinç. 1. İki aynalı rezonatör.

Bu durumda spektrumun seyrekleşmesi, kostik boyutlarının artan oranda büyümesi nedeniyle gerçekleşir. T Ve N. Büyük titreşimler için T Ve P Kostik aynaların kenarlarına yakın bir yerde bulunuyor veya hiç oluşmuyor. Küresel Veya. kostik adı verilen stabildir, çünkü eksene yakın ışın yansıtıldığında eksene yakın bölgeyi terk etmez (Şekil 2, A). Sürdürülebilir O. r. aynaların küçük yer değiştirmelerine ve bozulmalarına karşı duyarsız olduğundan, düşük kazançlı (geçiş başına %10) aktif ortamla kullanılırlar. Amplifikasyonu yüksek ortamlar için kostiklerin oluşamadığı kararsız OR'ler kullanılır; rezonatör ekseninin yakınından küçük bir açıyla geçen ışın, yansımalardan sonra eksenden süresiz olarak uzaklaşır. İncirde. 2( B) O.R.'nin stabilite diyagramı verilmiştir. ayrışmada yarıçaplar arasındaki ilişkiler R 1 ve R 2 ayna ve mesafe D onların arasında. Gölgesiz alanlar kostiklerin varlığına karşılık gelir, gölgeli alanlar ise bunların yokluğuna karşılık gelir. Düz (P) ve eşmerkezli (C) aynalara sahip rezonatöre karşılık gelen noktalar, gölgeli alanların sınırında yer alır. İstikrarlı ve istikrarsız arasındaki sınırda O. r. konfokal OR da bulunur. ( R1 = R 2 = D). Kararlı O. r. maks. yarı-konfokal sıklıkla kullanılır ( R1=x R 2 = 2D), kararsız - teleskopik O. r. ( R1+ R2 = 2D). Kararsız OR'lerde radyasyon kayıpları. daha yüksek tipteki titreşimler için temel olanlardan çok daha fazladır. dalgalanmalar. Bu, tek modlu lazer üretimine ve buna bağlı olarak yüksek radyasyon yönlülüğüne ulaşmayı mümkün kılar.

Pirinç. 2. Kostik oluşumu ( A) ve iki aynalı rezonatörlerin stabilite diyagramı ( B): artı işaretleri istikrar alanlarını gösterir; eksi - istikrarsızlık alanları; düz çizgiler bu alanların sınırlarıdır; P - düz aynalı rezonatör; Konf. - eş odaklı rezonatör; K - eşmerkezli rezonatör; noktalı çizgi - teleskopik rezonatörlerin çizgisi.

Teori. Elektrik dağıtımı alanlar e sürdürülebilir O. r. O. r'nin eksenine dik bir düzlemde. ( z), ifadeyle tanımlanır

Burada E 0- alanın genliğini belirleyen katsayı; N t, p- Hermit polinomları (bkz. Ortogonal polinomlar) t inci ve N dereceler: H 0 (x) = 1, N 1 (x) = 2x, N 2 (x) = 4X 2 - 2, N3(x) = 8x 3 - 12X; W- uzunlamasına modun enine yarıçapı (OR.R. ekseninden eşit bir mesafede) W boyuna modun enerji yoğunluğu azalır e bir kere). Bağımlılık W(z) formu var

burada z sözde ölçülür. boyuna modun beli, yani rezonatör ekseninde yarıçapının maksimum olduğu noktadan itibaren. değer eşit W 0(İncir. 2, A). Afişten aynaya olan mesafe R1

beldeki uzunlamasına modun yarıçapı

İki aynalı bir O. r'nin frekans spektrumu. koşul tarafından verilir

Aynadaki alan dağılımı Şekil 2'de gösterilmektedir. 3. Çünkü iki aynalı bir O. r'nin frekans spektrumu. dejenere (sadece toplamlara bağlıdır) t + N, ancak dizinlerin her birinden ayrı ayrı değil), o zaman E(x,y)(1)’den farklı olabilir. Spesifik dağıtım türü, ışının kapladığı alandaki diyaframlardan veya diğer nesnelerden kaynaklanan zayıf bozulmalara bağlıdır. Özellikle eksenel simetri ile silindirik terimlerle tanımlanan alan dağılımları mümkündür (Şekil 4). koordinatlar ( R,, z) ifade

Burada ben,p- değişirken alanın kaç kez 0'a döneceğini belirleyen dalgalanma endeksleri R Ve W(z)- boyuna modun yarıçapı; - genelleştirilmiş Laguerre polinomu:

Spektrum O. r. eksenel simetri ile ilişki (2) ile belirlenir, burada ( T + P+ 1) ( ile değiştirilmelidir) 2p + ben+ 1).

Pirinç. 3. Dikdörtgen simetrili aynada alan dağılımı.

Pirinç. 4. Eksenel simetriye sahip aynadaki alan dağılımı; * iki dik polarize mod eklendiğinde alan dağılımına karşılık gelir.

Bileşik rezonatör. Aynalara ek olarak O. r. genellikle sözde içerir aktif elemanlar (plakalar, mercekler vb.). Kompozit O. r. ara yüzeylerden yansıyan radyasyonun kullanılmasına veya kaybolmasına bağlı olarak iki modda çalışabilir. Yansıyan radyasyon kullanılıyorsa O. r. isminde üzerinde anlaşmaya varıldı. Üzerinde anlaşmaya varılan operasyonel sistemin iki bitişik arayüz arasında yer alan her bir parçası, ayrı bir parça olarak düşünülebilir. rezonatör ve bu rezonatörlerin enine modları, arayüzlerde çakışacak şekilde seçilir. Eşleştirme koşulu (Şekil 5) şu şekildedir:

Kabul edildi O. r. eşit uzaklıkta olmayan bir spektruma sahiptir ve OR'nin uzunlamasına spektrumunu nadirleştirmek için kullanılabilir. (aşağıya bakınız).
Kompozit O. r durumunda önemli bir sorun. eff. lazer aktif ortamının seçilen modun alanıyla doldurulması. Eğer kompozit O. r. bir eksene veya simetri düzlemine sahipse, uzunlamasına mod (iki aynalı O, r.'ninki gibi) bir Gauss ışınıdır (bkz. Yarı optik) Optik fiberden geçişi. elemanlar bu elemanların matrisleri ile tanımlanır (bkz. Matris yöntemleri optikte) ve O. r.'den geçiş. kendisini oluşturan optik elemanların matrislerinin çarpımı olan bir matris ile tanımlanır. elementler. Bu durumda Gauss ışınının karmaşık parametresi Q denklemle belirlenir

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

Katsayı. A,B,C,D O. r'nin bir matrisini oluşturur. Bu denklem ve ilişkiler R= -ben, = [kim(1 /Q)] -1 kirişin enine yarıçapını ve dalga cephesinin eğrilik yarıçapını belirlemeyi mümkün kılar R rezonatörün herhangi bir bölümünde.

Boyuna modların seçimi. Aynı enine alan dağılımına sahip ancak frekans bakımından farklı olan uzunlamasına modları nadirleştirmek (seçmek) için, dağıtıcı elemanlar (prizmalar, kırınım ızgaraları, interferometreler vb.) içeren rezonatörler kullanılır. Özellikle dispersiyon elemanı olarak katkı maddesi kullanılmaktadır. O. r. ana olanla ilişkilidir ve sözde olanı oluşturur. eşdeğer ayna, katsayı yansımalar r frekansa bağlıdır v. Boyuna modlardan birini spektrumdan çıkarmak için maks. Doğrusal üç aynalı ameliyathane uygundur. (Şekil 6, A), spektrumdaki bir uzunlamasına modu vurgulamak için - bir Fox-Smith rezonatörü (Şekil 6, B) ve T şeklinde (Şek. 6, V). Bazı durumlarda O.r. uygundur. Michelson (Şekil 6, G).

Pirinç. 6. Çeşitli tiplerde birleştirilmiş rezonatörler (I) ve eşdeğer aynanın yansıma katsayısının frekansa bağımlılığı v(II).

Boya lazerleri kırınım desenlerinin bir kombinasyonunu kullanır. kafes ve Fabry-Perot interferometresi (Şekil 7). Bu durumda, interferometre bir uzunlamasına modu seçer ve ızgara, interferometrenin diğer siparişlerinin oluşmasını engeller. Lensler L 1 ve L 2, sözde oluşturur. teleskop, aktif ortam A'dan geçen dar bir ışınla interferometre ve ızgaraya gelen geniş bir ışınla eşleşirler.Böyle bir OR'deki aktif ortam. aynı zamanda ana konuyu vurgulayan bir diyafram rolü oynar. çapraz mod. Böyle bir O.r. geniş bir aralıkta ayarlanabilir tek frekans oluşturmayı mümkün kıldı boya lazerler.

Pirinç. 7. Dağıtıcı elementler içeren bir rezonatör (boya lazerlerinde kullanılır). A - aktif ortamlı küvet; Z - opak veya kısmen şeffaf ayna; I - Fabry-Perot interferometre; D - kırınım ızgarası.

Enine modların seçimi, enine mod alanlarının farklı özelliklere sahip dağılımındaki farka dayanmaktadır. T Ve P. Çünkü genellikle ana olanı vurgulamanız gerekir. moda, kenarda min. açı, diverjans, Gauss dağılımı ve min. Enine yönde uzunluk, daha sonra OR içindeki kirişin diyaframı uygulanır. Diyaframın yarıçapı, ana modu takip eden modun enine yarıçapına yaklaşık olarak eşit olmalıdır. Bu durumda ana mod dışındaki tüm modların kayıpları büyük ölçüde artar.
Enine modları seçerken birliğin geri kalanı gereklidir. moda aktif ortamı etkili bir şekilde doldurdu. Bu nedenle stabilite bölgelerinin sınırları önemlidir (Şekil 2, 6 ), modların enine boyutlarının arttığı yerde: 1) mesafenin artması durumunda modun yarıçapı tüm hacim boyunca artar D aynalar arasında sabittir ve aynaların açısının yarıçapı R ben Ve R2(aynı zamanda rezonatörün yanlış hizalamalara karşı duyarlılığı da büyük ölçüde artar); 2) mod yarıçapı 1. aynada artar ve 2. aynada azalır; DR 1(R2 >R1); 3) mod yarıçapı 2. aynada artar ve 1. aynada azalır; dR2; 4) mod yarıçapı her iki aynada da artar ve eğrilik merkezleri bölgesinde azalır; d (R1 + R 2).
Eğer gerekliyse deşarj k--l. En yüksek modun, bu modun alan dağılımının sıfır çizgisine, seçilen mod üzerinde hiçbir etkisi olmayan ve bu çizgide 0'a dönmeyen diğer modları bastıran ince bir saçılma filamanı yerleştirilir.
Anizotropik elemanlara sahip rezonatörler. Lazer radyasyonunun polarizasyonu sözde tarafından belirlenir. O. nehrinde bulunan anizotropik elementler. Bu tür elemanlar çift kırılımlı plakalardır, polarizörler, sahip olan maddeler Optik Aktivite vb. yanı sıra Brewster plakaları ve dielektrik. üzerlerinde eğik radyasyon insidansı olan aynalar. Polarizasyon Jones matris yöntemi kullanılarak belirlenir. Aynı zamanda kutuplaşma tüm O. r'nin matrisi. polarizasyon durumunun belirlenmesinin gerekli olduğu yerden başlayarak, radyasyonun bu elemanlardan geçme sırasına göre düzenlenmiş, kendisini oluşturan elemanların matrislerinin ürünüdür. Sahip olmak polarizasyon vektörleri matrisler Jones vektörleridir e(E x, E y) O.R'de oluşturulan alanlar. Polarizasyon derecesi e ve ch'nin yönü. polarizasyon elips a'nın eksenleri ilişkilerle belirlenir

Nerede R = |E x | / |E y |,= arkig( E y/E x).

Kendi modülleri Jones matrisinin değerleri, polarizörlerin neden olduğu OR kayıplarını ve kendi fazlarını belirler. değerler - kutuplaşma karşılık gelen modların frekanslarında düzeltmeler. Anizotropik elemanların seçilmesiyle gerekli polarizasyon durumu elde edilebilir. Anizotropik elemanların genellikle gözle görülür bir dağılıma sahip olduğu göz önüne alındığında, bunlar aynı zamanda uzunlamasına spektrumu seyreltmek için de kullanılabilir.

Halka rezonatörler. Özellikler aralığı Üç özdeş küreselden oluşan bir OR halkasının frekansları. yarıçaplı aynalar R, kenarı olan bir eşkenar üçgenin köşelerinde bulunur A(Şekil 8), ilişkiyle belirlenir

Pirinç. 8. Halka optik rezonatörler.

Mod belleri üçgenin kenarlarının orta noktalarında bulunur; Eksenel kontur düzleminde bel bölgesindeki modların enine uzanımları şuna eşittir:

Rezonatörün yalnızca bir küresel aynası ve iki düz aynası varsa (Şek. 8,6) , o zaman spektrumu ilişkiyle belirlenir

Bel bölgesindeki modların enine uzantıları, kenarları küresel olanın karşısındaki üçgenin kenarının ortasında yer almaktadır. rezonatör düzlemindeki ayna şuna eşittir:

Optik O. r'yi oluşturan sistem. düz olmayan konturlu, ör. tetrahedronun köşelerinde bulunan 4 aynadan oluşan sistem (Şekil 8, V), bu sistem kullanılarak oluşturulan belirli bir nesnenin görüntüsünün, bu sistemin belirli bir açı özelliği ile nesnenin kendisine göre döndürülmesiyle karakterize edilir. Bir tetrahedron için bu açı, tetrahedronun açının içinde yer alması için ölçülen, aynalar (tetrahedron yüzleri) üzerindeki ışınların bitişik geliş düzlemleri arasındaki açıların olduğu yere eşittir. Boyuna mod O. r. düzlemsel olmayan bir kontura sahip olan bir kiriştir, burada Ch. eksenler eliptik genlik dağılımı gl'ye göre belirli bir açıyla döndürülür. dalga cephesi eğrilik çizgileri. Bundan dolayı, ışın boş uzayda yayılırken genlik dağılımı bir dönüşe maruz kalır, bu da aynaların hacimsel düzenlemesinin neden olduğu dönüşü telafi eder. Halka O. r. düz olmayan bir kontur ile kullanılır, örneğin lazer jiroskopları. Özellikle halka OR'lerin doğasında bulunan anizotropiden kurtulmayı mümkün kılarlar. düz bir taslakla.

Kararsız rezonatörler dışarıya doğru yüksek radyasyon kayıpları vardır. boşluk (yukarıya bakın). Arttıkça kayıplar da artıyor T Ve P, bu sayede dengesiz O. r. tek mod sağlayın (göre T Ve P)nesil. Kararsız O. r'nin avantajı. ana bölümün büyük enine uzantısıdır. modları sayesinde geniş kesitli aktif ortamlarla kullanılabilirler. Enerji, kararsız bir OR'den, kural olarak, kararlı OR'lerde olduğu gibi aynalar aracılığıyla değil, aynalardan birinin kenarlarının arkasından uzaklaştırılır. Kararsız ameliyathanede. aynanın kenarından yansıyan ve optik sistemin eksenine doğru yaklaşan dalga önemli (negatif) bir rol oynar. Bu yansımayı azaltmak için, aynanın kenarının yumuşatılması, ona yıldız şekli verilmesi, kenarların yuvarlatılması vb. kullanılır.
Temel kararsız O. r. iki küreselden oluşan Aynalar arasında birbirine doğru yayılan dalgalar. Teleskopik olması durumunda kararsız O. r. (Şekil 9) dalgalardan biri düz olabilir. Merkezi küresel dalgalar uzakta yatıyor x = R Eğrilik yarıçapına sahip dışbükey bir aynanın arkasında 2/2 R 2. İçbükey aynanın eğrilik yarıçapı olmalıdır | R1 | = R2 + 2d (R ben< 0). При достаточно больших поперечных размерах 1-го зеркала пучок излучения кольцевой формы выводится в сторону выпуклого зеркала с волновым фронтом, близким к плоскому.
Kararsız O. r. Döndürmeyle alanlar, düzlemsel olmayan bir çokgenin köşelerinde bulunan odaklanmayan bir ayna sistemi tarafından oluşturulur. Ancak çoğu Önemli olan, kenarları birbirine göre bir açıyla döndürülen iki dihedral köşe reflektörünün (Şekil 10) oluşturduğu optik çizgilerdir. Eğer bir veya birkaç Reflektörlerin yüzleri dışbükeydir, ardından O. r. dengesiz.

Pirinç. 9. Kararsız teleskopik rezonatör.

Pirinç. 10. Köşe reflektörlerinden oluşan, alan rotasyonlu doğrusal rezonatör.

Alan böyle bir rezonatörü tamamen atladığında, belirli bir açıyla bir dönüş yaşar, kararsız OR'nin bir avantajı. alan dönüşü ile, geleneksel kararsız OR'de olduğu gibi halka şeklinde bir ışın şeklinde değil, basit bir şekilde bağlanmış kompakt bir ışın biçiminde radyasyon çıkışı yapmak mümkündür (Şekil 11).

Pirinç. 11. Kararsız bir rezonatörden, alan dönüşü ile kompakt, basit bir şekilde bağlanmış ışın biçimindeki enerji çıkışı AC- radyasyon ışınının çıktığı (gölgeli) aynanın köşe reflektörünün kenarı, NN"- aynı aynanın kenarı, GG" - ikinci köşe reflektörünün kenarı.

Aydınlatılmış.: Vainshtein L.A., Açık rezonatörler ve açık dalga kılavuzları, M., 1966; Ananyev Yu.A., Optik rezonatörler ve lazer radyasyonunun sapması sorunu, M., 1979; Lazerlerin El Kitabı, çev. İngilizce'den, ed. A. M Prokhorova, cilt 2, M., 1978, bölüm. 22, 23; Karlov N.V., Kuantum elektroniği üzerine dersler, 2. baskı, M., 1988.

Buluş lazer teknolojisi ile ilgilidir ve öncelikli olarak bir gaz lazerinde kullanılmak üzere tasarlanmıştır. Buluşun teknik sonucu, gaz lazerlerinin ağırlık ve boyut özelliklerinin en aza indirilmesine ve imalatlarının üretilebilirliğinin arttırılmasına olanak tanıyan bir optik rezonatörün yaratılmasıdır. Halka optik rezonatör, optik ekseni kapalı bir kesikli çizgi şeklinde oluşturan bir ayna sistemi içerir. Sistemin aynaları, silindirik eş eksenli yüzeylerin oluşturduğu halka şeklindeki bir boşluğun yüzeyleri boyunca monte edilir. Bu durumda aynalar, eş eksenli silindirik yüzeylerin eksenine dik bir bölümde, bölümleri kesişen kapalı bir kesikli çizgi şeklinde bir optik eksen oluşturacak şekilde birbirlerine göre yerleştirilir. halka şeklindeki boşluk. 2 hasta.

RF patenti 2388123 için çizimler

Buluş lazer teknolojisi ile ilgilidir ve öncelikli olarak bir gaz lazerinde kullanılmak üzere tasarlanmıştır.

Aynaların ortak optik ekseni (rezonatör ekseni) olan tek bir düz çizgi üzerinde bulunan aynalara sahip doğrusal optik rezonatörler (Tarasov L.V. Lazerler ve uygulamaları. "Radyo ve İletişim", 1983), teknolojik tasarımında yaygın olarak kullanılmaya başlanmıştır. lazerler. Bahsedilen rezonatörlerin dezavantajı artan değerler Lazer kurulumlarının ağırlık ve boyut özellikleri esas alınarak yapılmıştır. Bunun nedeni, gazlı aktif ortamın pompalanması için tasarlanan lazer akış kanallarının dikdörtgen kesitli kutu şeklinde olmasıdır. Dikdörtgen kanalların yüksek hassasiyetle işlenmesi için özel ekipman gerektiğinden böyle bir tasarımın üretilebilirliği düşüktür.

Bilinen halka optik rezonatörler, ışık akısının belirli bir kapalı devre boyunca dolaşımını sağlar. Bu, birbirine göre uygun şekilde konumlandırılmış üç (veya daha fazla) aynadan oluşan bir sistem kullanılarak elde edilir. (Fiziksel ansiklopedik sözlük. M .: Sovyet Ansiklopedisi, 1983, s. 500). Bilinen halka rezonatörlerin dezavantajı, kullanımlarının, lazer kurulumunun ağırlık ve boyut özellikleri parametrelerinde gerekli azalmayı sağlamamasıdır.

Buluşun amacı, bilinen halka optik rezonatörün eksikliklerini ortadan kaldırmak ve gaz lazerlerinin ağırlık ve boyut özelliklerini en aza indirmeye ve imalatlarının üretilebilirliğini arttırmaya olanak tanıyan bir halka rezonatör oluşturmaktır.

Görev, optik ekseni kapalı bir kesikli çizgi şeklinde oluşturan bir ayna sistemi içeren önerilen halka optik rezonatörde, sistemin aynalarının silindirik koaksiyal tarafından oluşturulan halka şeklindeki boşluğun yüzeyleri boyunca yerleştirilmesiyle gerçekleştirilir. aynalar, eş eksenli silindirik yüzeylerin eksenine dik bir kesit oluşturacak şekilde birbirine göre yerleştirilirken, optik eksen, bölümleri halka şeklindeki boşlukla kesişen kapalı bir kesikli çizgi biçimindedir.

Lazer sisteminin operasyonel özelliklerini geliştirin

ağırlık ve boyut özelliklerinin en aza indirilmesi;

Üretilebilirliğini artırarak bir lazer sisteminin üretim maliyetini azaltın.

Buluşun özü, projeksiyonları gösteren Şekil 1 ve Şekil 2'de gösterilmektedir. tasarım diyagramı halka optik rezonatör (bundan sonra "rezonatör" olarak anılacaktır).

Şekil 1 boyuna kesiti göstermektedir bölüm B-B rezonatörün yapısal elemanlarının bir görüntüsü ile. Şekil 2'de (büyütülmüş ölçekte) enine kesit gösterilmektedir bölüm A-А rezonatörün yapısal elemanlarının bir görüntüsü ile.

Pozisyonlar belirlendi:

1 - dış silindirik yüzey boyunca yer alan ayna;

2 - iç silindirik yüzey boyunca yer alan ayna;

3 - ayna sistemi 1, 2;

4 - ayna sisteminin optik ekseni;

5, 6 - koaksiyel silindirik yüzeyler - dış ve iç;

7 - halka şeklindeki boşluk;

8 - koaksiyel silindirik yüzeylerin ekseni;

9 - lazer ışığı ışınının çıkış penceresi;

10 - yayılan delik(ler);

11 - optik eksenin segmenti - aktif ortamın ilk uyarılma yönü;

12 - aktif ortamın ilk uyarılmasının fotonlarının girişi için delik.

Şekil 1'deki "Giriş" ve "Çıkış" okları, aktif ortamın rezonatörün halka şeklindeki boşluğu (7) boyunca akış yönünü göstermektedir.

Rezonatör, Şekil 1, 2, ayrılmaz parça lazerdir ve optik aralıktaki elektromanyetik dalgaları uyarmak için tasarlanmıştır (lazerin geri kalan kısımları Şekil 1, 2'de gösterilmemiştir).

Rezonatör, eş eksenli silindirik yüzeyler (5 ve 6) tarafından oluşturulan halka şeklindeki boşluğun (7) yüzeyleri boyunca yerleştirilmiş 3 aynadan (1, 2) oluşan bir sistemdir (settir). Sistemin (3) aynaları (1, 2), birbirlerine göre oluşturulacak şekilde yerleştirilmiştir. bölümler A (Şekil 2) , koaksiyel silindirlerin (5 ve 6) eksenine (8) dik, optik eksen (4), bölümleri halka şeklindeki boşlukla (7) kesişen kapalı bir kesikli çizgi biçimindedir.

Gerçek bir gaz lazeri tasarımında, lazer mahfazasının duvarları, halka şeklindeki boşluğun (7) yüzeyleri boyunca konumlandırılarak bir kanal oluşturur. Kanala, ters çevirme durumu elde edilen aktif ortam olan gazın pompalandığı bir ayna sistemi (3) monte edilmiştir (aktif ortamın ters çevirme durumunu elde etmek için cihaz burada dikkate alınmaz).

Rezonatör aşağıdaki gibi çalışır.

Rezonatörü sabit lazer moduna geçirmek için, aktif ortamda, örneğin rezonatörün optik ekseninin (oluşturma cihazı) optik ekseninin 11 bölümü boyunca delik 12'den yayılan fotonlar şeklinde bir ilk uyarım (itme) oluşturulur. aktif ortamın ilk uyarılması burada dikkate alınmaz).

Sistemin (3) aynaları (1, 2) tarafından tekrar tekrar yansıtılan sözü edilen fotonlar, aktif ortamdan tekrar tekrar optik eksenin (4) kapalı bir kesikli çizgisi boyunca geçerek, uyarılmış emisyon eylemlerinin artan çığına neden olur. Sürece enerji kayıpları eşlik ediyor. Kayıplar, dahili kayıplardan (örneğin, ışığın aktif ortamda, aynalarda ve lazerin diğer elemanlarında emilmesi ve saçılması nedeniyle) ve çıkış penceresinden (9) enerji radyasyonu kayıplarından oluşur. Çıkış penceresi, bir yarı saydam ayna veya ışık saçan bir deliğe (deliklere) sahip bir ayna şeklinde) 10.

Sürekli lazerleme sırasında, uyarılmış emisyonun gücündeki çığ benzeri artış, aktif ortamdaki doğrusal olmayan işlemler ve pompa kaynağının gücü ile sınırlanır. Bu kısıtlamalar sonucunda dalga şiddetindeki artış durur.

Rezonatörün çalışması (lazer radyasyonu sağlar), aktif ortamın harici bir enerji kaynağından pompalanmasının sürdürüldüğü süre boyunca devam eder.

Sistemin (3) aynaları, bir dizi ayrı eleman (1) (Şekil 2) veya katı bir parça - kenarları aynalar (2) oluşturan bir halka (Şekil 2) şeklinde yapılabilir.

Lazer ışınının uzamsal özelliklerini değiştirmek gerekiyorsa, burada tartışılmayan iyi bilinen teknik yöntemler kullanılır.

Önerilen boşluk tasarımı katı hal lazerlerinde de kullanılabilir.

Önerilen buluşun uygulanmasında yukarıdaki temel özelliklerin kombinasyonu, aşağıdaki teknik sonuçların elde edilmesini mümkün kılar:

Akış kısmını kutu şekli yerine eksenel simetrik hale getirerek gaz lazerinin ağırlık ve boyut özelliklerini azaltın. Ağırlık ve boyut özelliklerinin azaltılması, özellikle araçlara yerleştirilmesi amaçlanan lazerler için önemlidir;

Kutu şeklindeki rezonatör mahfaza parçalarını eksenel simetrik olanlarla değiştirerek üretilebilirliğini artırarak lazer üretiminin maliyetini azaltın.

İDDİA

Kapalı bir kesikli çizgi formunda bir optik eksen oluşturan bir ayna sistemi içeren bir halka optik rezonatör olup özelliği, sistemin aynalarının, silindirik koaksiyel yüzeyler tarafından oluşturulan halka şeklindeki boşluğun yüzeyleri boyunca yerleştirilmesi, aynaların ise konumlandırılmasıdır. birbirlerine göre eksen koaksiyel silindirik yüzeylere dik bir kesitte oluşturulacak şekilde, optik eksen, bölümleri halka şeklindeki boşlukla kesişen kapalı bir kesikli çizgi biçimindedir.

Halka rezonatörü, tüm sistemden geçen lazer ışınının kendi kendine kapandığı bir rezonatördür. Bir halka rezonatör, birbirine açılı olarak yerleştirilmiş üç veya daha fazla ayna içerir. Örnek olarak Şekil 2'de yer almaktadır. Şekil 2.13 dört aynalı bir rezonatörün optik diyagramını göstermektedir.

Pirinç. 2.13. Dört aynalı halka rezonatörünün optik tasarımı (M 1, M 2 ve M 3 aynaları yoğundur; M 4 aynası yarı saydamdır)

Hem düz optik eksenel konturlu (düzlemsel rezonatörler) hem de düzlemsel olmayan optik eksenel konturlu (düzlemsel olmayan rezonatörler) halka rezonatörler vardır. Halka rezonatörlerin ana özelliği, modlarının ilerleyen dalgalar olmasıdır, bu yüzden onlara yürüyen dalga rezonatörleri denir. Bu durumda, tüm modlar pratikte birbirleriyle etkileşime girmeyen iki karşıt yayılan dalga grubunu oluşturur.

Halka rezonatörlerini tanımlamak için polarizasyon özelliklerini hesaba katmak gerekir. Böyle bir rezonatör her zaman anizotropik elemanlar içerir ve bu da ışının polarizasyonunda sürekli bir değişikliğe yol açar. Böyle bir elemanın en basit örneği, üzerinde elektromanyetik dalgaların eğik olarak görüldüğü çok katmanlı bir dielektrik aynadır. Bir lazer ışınının polarizasyon özelliklerinin incelenmesi,

Farklı polarizasyon modları, karşı yayılma modları vb. arasındaki spektral mesafeleri bulun.

Düzlemsel halka rezonatörlerinin doğal salınımlarını, içinden ışığın geçtiği bireysel optik elemanların matrislerinin çarpımı olan ABCD matris yöntemini kullanarak hesaplamak uygundur (bkz. Ek 1). Düzlemsel halka rezonatörünün rezonans frekansları şu ilişkiyle belirlenir:

Burada a karenin kenarıdır, R rezonatörü oluşturan aynaların eğrilik yarıçapıdır.

2. Düzenli bir üçgenin köşelerine yerleştirilmiş üç özdeş aynadan oluşan bir rezonatörün spektrumu ilişki ile belirlenir.

Lazer teknolojisinde halka rezonatörleri kullanırken temel sorun, karşı yayılan dalgalar arasındaki etkileşimin azaltılmasıdır. Bunu yapmak için, karşı yayılan dalgalar, eğer mümkünse, karşılıklı olmayan anizotropik elemanlar kullanılarak frekans olarak ayrılır ve polarizasyonlarını dik yapmaya çalışırlar.

Düzlemsel olmayan rezonatörlerin teorisi, düzlemsel rezonatörlerin teorisinden çok daha karmaşık ve daha az gelişmiş olmasına rağmen, özellikleri pratik açıdan çok çekicidir. Bu konu bu çalışmada ele alınmamıştır.

2.3.5. Lazer boşluklarında pompa enerji dönüşümünün verimliliği

Bir lazer rezonatörün ana gereksinimlerinden biri, uyarılmış AS'de depolanan enerjinin lazer radyasyon enerjisine dönüştürülmesindeki yüksek verimliliktir. Bunu başarmak için aşağıdaki koşulların karşılanması gerekir:

1) rezonatör aynalarının boyutlarını ve düzenini seçin, böylece tüm hacim AS, lazer ışınımıyla eşit biçimde dolduruldu;

2) emilim katsayılarını optimize edin Rezonatör aynalarının T ve yansımaları R. Bu miktarlar rezonatörün içinde meydana gelen kayıpları belirler.

İÇİNDE İdealleştirilmiş bir durumda, birim hacimden mümkün olan maksimum enerji uzaklaştırılması AS, birim zaman başına AS hacminde üretilen fotonlar olan lazer radyasyon akısı yoğunluğu (ρ, foton sayısı cm-2 s-1) ile belirlenir. Ancak AS'de ortaya çıkan foton akışı

İle üst seviyeden alt seviyelere iki şekilde geçilir: kendiliğinden ve zorla. Buna karşılık, zorunlu geçişlerin fotonlarının bir kısmı rezonatörün içinde emilir (zararlı kayıplar), bir kısmı da faydalı lazer radyasyonu şeklinde ortaya çıkar. Bu düşüncelere uygun olarak, enerji dönüşüm verimliliği ifadesi iki faktörün çarpımı olarak temsil edilebilir:

burada ρ1 ve ρ2 kendiliğinden ve uyarılmış emisyondaki foton yoğunluğudur.

Bu nedenle, rezonatördeki tüm faktörleri ve radyasyon kayıplarını dikkate alarak çok modlu lazerleme için enerji dönüşümünün verimliliğinin değerlendirilmesi, rezonatörün birçok bileşenine ve geometrik faktörüne bağlı olan ve şu şekle sahip olan bir denkleme yol açar:

ters popülasyon ile k 0 us arasındaki orantılılık; L – rezonatör uzunluğu; R, rezonatör çıkış aynasının yansıma katsayısıdır; P nac. – pompalama gücü.

Tek modlu lazerleme durumunda lazer verimliliğinin hesaplanmasıyla ilgili durum daha karmaşık hale gelir; ancak denklem (2.29), kendiliğinden emisyon fraksiyonunun azaldığı ve aynı zamanda kavite parametrelerini optimize etmek için bir yöntem gösterir. lazer çıkış gücünün oranı artar.

Halka rezonatörü

Halka rezonatörü- ışığın kapalı bir yol boyunca tek yönde yayıldığı optik bir rezonatör. Hacimsel halka rezonatörleri, ışığın her birinden sırayla yansıtılacağı ve tam bir dönüşü tamamlayacak şekilde yönlendirilmiş üç veya daha fazla aynadan oluşur. Halka rezonatörler, lazer jiroskoplarında ve lazerlerde yaygın kullanım alanı bulur. Fiber lazerler, pompa radyasyonunu girmek ve üretilen radyasyonu çıkarmak için genellikle WDM kuplörleri ile bir halka içinde kapatılmış bir optik fiber biçiminde olan fiber halka rezonatörlerinin özel tasarımlarını kullanır.

Ayrıca bakınız

• Fabry-Perot rezonatörü

Edebiyat

• Zvelto O. Lazerlerin prensipleri = Lazerlerin prensipleri. - 3. baskı. - M.: Mir, 1990. - 558 s. - ISBN 5-03-001053-Х
• Agrawal G.P. Lightwave teknolojisi: bileşenler ve cihazlar. - Wiley-IEEE, 2004. - 427 s. - ISBN 9780471215738
• Agrawal G.P. Doğrusal olmayan fiber optik uygulamaları. - 2. baskı. - Academic Press, 2008. - Cilt. 10. - 508 s. - (Optik ve Fotonis Serisi). - ISBN 9780123743022

Bağlantılar

• Optik rezonatör- Fiziksel Ansiklopedi'den makale

Wikimedia Vakfı. 2010.

• Halka (elektrik deposu)
• Halka akımı

Diğer sözlüklerde “Halka rezonatörünün” ne olduğunu görün:

halka rezonatör- Elektromanyetik salınımların kapalı bir devre boyunca yayıldığı optik bir rezonatör. [GOST 15093 90] Konular lazer ekipmanı TR halka rezonatör ... Teknik Çevirmen Kılavuzu

halka rezonatör- žiedinis rezonatorius statusas T sritis fizika atitikmenys: engl. halka boşluğu; halka rezonatör vok. Zil rezonatörü, m rus. halka rezonatörü, m pranc. résonateur annulaire, m … Fizikos terminų žodynas

halka rezonatör- Aynaları elektromanyetik dalgaların kapalı bir devre boyunca yayılmasını sağlayan açık bir rezonatör... Politeknik terminolojik açıklayıcı sözlük

HALKA LAZER- sanata bakınız. Optik rezonatör. Fiziksel ansiklopedi. 5 cilt halinde. M.: Sovyet Ansiklopedisi. Genel yayın yönetmeni A. M. Prokhorov. 1988... Fiziksel ansiklopedi

Optik rezonatör- açık bir rezonatör oluşturan (mikrodalga aralığında kullanılan kapalı hacimsel rezonatörlerin aksine) sabit bir ışık dalgası oluşturan çeşitli yansıtıcı elemanların birleşimi. Optik rezonatörler ana unsurlardan biridir... ... Vikipedi

OPTİK BOŞLUK- Duran veya çalışan elektriğin uyarılabileceği bir cihaz. mag. optik dalgalar menzil. Veya. birkaçının bir koleksiyonudur aynalar ve fenomenler açık rezonatör, bu seride kullanılan boşluklu rezonatörlerin çoğunun aksine... ... Fiziksel ansiklopedi

Fiber lazer- Tamamen fiber femtosaniye erbiyum lazer. Fiber lazer, aktif ortamı ve muhtemelen rezonatörü optik bir sistemin unsurları olan bir lazerdir ... Vikipedi

Lazer jiroskop- Lazer jiroskopunun şeması. Burada lazer ışını aynalar kullanılarak dolaşır ve bir lazer (veya daha doğrusu bir kuantum amplifikatörü) tarafından sürekli olarak güçlendirilir. Kapalı döngünün yarı saydam bir aynadan (veya örneğin bir yarıktan) dayalı bir sensöre giden bir dalı vardır ... Vikipedi

Şekil 8 lazer- Sekiz rakamı şeklinde halka rezonatörlü fiber lazer. İçinde: pompa radyasyonu. Çıkış: çıkış radyasyonu. 1: aktif lif. 2: polarizör. 3: optik izolatör. 4 WDM bağlayıcı. 50:50 bölen 50/ ... Vikipedi

Lazerlerin icadının tarihi- 1917 A. Einstein uyarılmış emisyon kavramını sundu 1920 I. Frank ve F. Reiche uyarılmış durumda yarı kararlı durumların varlığını doğruladı 1927 Paul Dirac uyarılmış emisyonun kuantum teorisini yarattı 1928 R. Ladenburg... ... Wikipedia