Собственные колебания оптического резонатора, страница 4

3. Методы внутрирезонаторной селекции. Существует  несколько методов получения одночастотного режима, базирующихся на использовании внутрирезонаторных селективных элементов.

3.1. Метод селективно поглощающей ячейки. Поглощающая ячейка с веществом, имеющим узкую линию пропускания в пределах контура усиления используемой АС, помещается в ОР. При этом длину ОР необходимо подстроить так, чтобы одна из частот генерации лазера совпадала с линией пропускания ячейки. Уровень потерь для селектируемой моды окажется минимальным, что обеспечит одночастотный режим генерации.

3.2. Метод поглощающей пленки. Данный метод предполагает использование тонкой (меньшей, чем λ/100) поглощающей пленки, устанавливаемой в узел селектируемой моды (рис. 5.6). Поскольку в узле напряженность электрического поля волны равна нулю, потери энергии для выбранной моды будут минимальны. Для остальных продольных мод, фаза которых в плоскости пленки отличается от нуля, условие генерации выполняться не будет из-за резкого возрастания уровня потерь. В этом методе за счет нарушения условий генерации для нежелательных продольных мод возникает перекачка дополнительной энергии в селектируемую моду.

q=4             q = 6

 

Рис. 5.6. Селекция с помощью металлической пленки

          Техническая реализация метода  весьма сложна и требует использования системы обратной связи, основанной на регулировании длины оптического резонатора.

3.3. Метод внутрирезонаторного интерферометра. Суть способа селекции заключается в использовании короткого пассивного оптического резонатора – интерферометра Фабри–Перо (ИФП). Простейшим вариантом такого ИФП является плоскопараллельная пластина, помещаемая в ОР лазера. Частотный спектр ИФП может быть рассчитан по (5.2), (5.3) заменой длины L ОР лазера на длину интерферометра LИФП. Поскольку LИФП << L, то спектр пропускания  интерферометра является существенно прореженным по сравнению со спектром излучения лазера, и легко обеспечивается условие     ∆νИФП > ∆νген. ИФП обладает конечной прозрачностью только для тех частот излучения лазера, которые совпадают с его собственными резонансными частотами. Если одна из резонансных частот (полос пропускания) ИФП попадает в зону генерации и совпадает с какой-либо продольной модой лазера, то реализуется одночастотный режим работы. Иными словами, внутрирезонаторный ИФП представляет собой узкополосный оптический фильтр, который из всего набора генерируемых продольных мод лазера вырезает одну. В общем случае интерферометры строятся на основе двух параллельных отражающих поверхностей, например, зеркал с конечным пропусканием.

          4. Селекция с помощью сложных резонаторов. Идея методов данного типа базируется на создании с помощью дополнительных зеркал  коротких оптических резонаторов, сопряженных с основным резонатором лазера. Как и в случае использования внутрирезонаторного ИФП, короткие ОР имеют прореженные спектры, когда соседние моды разнесены на относительно большие спектральные интервалы. В таком лазере, состоящем из трех резонансных систем: активной среды, основного и вспомогательного оптических резонаторов, генерация возможна только на общей частоте (рис. 5.7).

Рис. 5.7. Одночастотный режим в сложном резонаторе

          Прецизионной подстройкой длины резонатора можно добиться совпадения одной из мод вспомогательного ОР с селектируемой  продольной модой лазера, располагающейся в зоне генерации, и создать условия для возникновения одночастотного режима генерации.