Оптические резонаторы, страница 4

         Зеркала ОР могут быть плоскими или сферическими. По форме зеркал различают резонаторы типа «плоскость–плоскость» (Пл–Пл), «сфера–сфера» (Сф–Сф) и «сфера–плоскость» (Сф–Пл). ОР типа Пл–Пл весьма критичны к разъюстировке. Они обладают наиболее высоким уровнем потерь, но при этом обеспечивают минимальную расходимость лазерного пучка. Резонатор Сф–Сф минимизирует потери квантов, но одновременно заметно увеличивает расходимость выходного излучения. Наибольшее распространение получили ОР типа Сф–Пл, характеризующиеся умеренными уровнями потерь и расходимости лазерного излучения.

Многозеркальные ОР используются, как правило, в технологических и метрологических лазерах. В мощных технологических лазерах с большой протяженностью активной среды преследуется цель  сокращения габаритов лазера. Для этого АС разделяется на отдельные участки и компактно складывается  (рис. 4.6).

Рис. 4.6. Компактный резонатор технологического лазера

В тех случаях, когда поперечный   dи продольный  L размеры имеют один порядок, наиболее полное согласование объема АС и  поля оптической волны достигается при зигзагообразном распространении потока индуцированных квантов (рис. 4.7). Такой технический прием позволяет одновременно уменьшить диаметр выходного пучка лазера. Общим недостатком

Рис. 4.7. Резонатор технологического лазера с поворотными зеркалами

многозеркальных ОР является усложнение  конструкции и повышение суммарных потерь излучения при отражении от зеркал.

                   Многозеркальные резонаторы применяются для улучшения частотных характеристик лазеров (см. 5.2) и в лазерных гироскопах – устройствах контроля угловых перемещений подвижных объектов. В последнем случае  используются кольцевые ОР, в которых встречные потоки квантов на частотах ν₁   и ν₂   распространяются по замкнутому контуру (рис. 4.8).

Рис. 4.8. Трехзеркальный кольцевой резонатор

В лазерном гироскопе кольцевой резонатор с минимальным количеством зеркал, равным трем, устанавливается на платформе.  При неподвижной платформе  оптические пути, проходимые встречными волнами, одинаковы: L₁ = L₂, соответственно, ν₁ = ν₂   и Δν = ν₂ – ν₁ = 0. При вращении платформы с круговой  частотой  ω  возникает разность  хода встречных лучей: ΔL = L₂ – – L₁. Соответственно, ΔL вызывает пропорциональную скорости вращения разность частот встречных волн: Δν  = f(ω), распространяющихся по часовой и против часовой стрелки. Вычислив интеграл Ω = ∫ Δν(ω)dt, можно определить угол поворота платформы, укрепленной, например, на каком-либо подвижном объекте.

4.3. Устойчивость оптических резонаторов

         Форма отражающей поверхности зеркала ОР может быть плоской или сферической, вогнутой или выпуклой. В зависимости от соотношения радиусов R₁, R₂ кривизны зеркал, знаков радиусов и расстояния L между зеркалами различают устойчивые и неустойчивые ОР. Под устойчивостью понимается – способность оптического резонатора накапливать энергию и минимизировать ее потери.

         Представим себе ОР, образованный двумя одинаковыми вогнутыми сферическими зеркалами с радиусами кривизны R₁ = R₂ = R и, соответственно, фокусным расстоянием F = R/2 (рис. 4.9). Пусть расстояние между зеркалами L = R = 2F. Такой резонатор называется симметричным конфокальным  (софокусным) ОР. В конфокальном резонаторе луч, падающий на правое зеркало параллельно оси симметрии, согласно законам оптики после отражения пройдет через точку фокуса. Выйдя  из точки F и отразившись от левого зеркала, луч вновь будет двигаться параллельно оси,  далее после отражения повторно пройдет через фокус и т. д.