В оптическом резонаторе могут существовать только те колебания, для которых выполняется условие образования стоячей волны. Для продольных или осевых типов колебаний (мод) это условие записывается как
2Lопт/λ = q,
где Lопт - оптическая длина ОР; q - целое число.
Величина q, называемая индексом продольных мод, имеет порядок 105...106. Кроме осевых мод в ОР могут существовать и поперечные типы колебания, обусловленные излучением, распространяющимся под небольшими углами к оси, для которых условие генерации выполняется. Наличие поперечных мод приводит к пятнистой структуре распределения интенсивности излучения в поперечном сечении лазерного пучка. Колебания оптического резонатора относятся к классу поперечных электромагнитных волн, обозначаемых ТЕМmnq. Индексы поперечных мод определяются как
т = М - 1 и п = N - 1, где M и N - число пятен интенсивности в сечении пучка, соответственно, по осям X и Y. Индекс q в обозначении типа колебания обычно опускается, например: TEM21.
Используемые в лазерной технике оптические резонаторы могут быть двухзеркальными и многозеркальными. Наибольшее распространение получили двухзеркальные ОР. Одно из зеркал, называемое выходным или рабочим, имеет конечную прозрачность и обеспечивает вывод пучка излучения из резонатора. По форме зеркала могут быть плоскими или сферическими с радиусом кривизны R. Существуют ОР типа плоскость-плоскость, плоскость-сфера, сфера-сфера. По отношению к активному элементу протяженностью LAC ОР могут быть внешними (L > LAC) или внутренними (L ≈ LAC), когда зеркала располагаются на торцах активного элемента. В зависимости от типа и конструктивных особенностей лазера превышение L над LAC может составлять для газовых лазеров 5...30%, для твердотельных - 50...400% и более. Столь значительное превышение геометрической длины ОР над протяженностью АС ТТЛ обусловлено желанием получить максимальную мощность излучения при относительно небольшой расходимости пучка. Например, в серийных ИАГ-лазерах с протяженностью АС 60...100 мм оба требования достигаются при использовании резонаторов с плоскими зеркалами и L = 0,35...0,5 м. В ТТЛ на неодимовом стекле, использующих АС сравнительно большой протяженности, отношение L/LAC не столь велико. Выполнение условия L > LAC в TTЛ необходимо еще и потому, что в ОР необходимо размещать лампы накачки, существенно превышающие по габаритам активные элементы. Кроме того, в резонаторы ТТЛ иногда должны устанавливаться дополнительные оптические элементы: например, диафрагмы, акусто-оптические модуляторы, нелинейно-оптические преобразователи излучения и т.п. В ГРЛ превышение L над LAC обусловлено наличием у газоразрядной трубки участков, не занятых плазмой, а также существованием зазоров между выходными окнами (окнами Брюстера) и зеркалами оптического резонатора.
Оптическая длина однородной среды связана с геометрической через показатели преломления Lопт = nL. Для активной среды ГРЛ и воздушных промежутков можно полагать п = 1. В общем случае, когда в ОР лазера находятся элементы, показатель преломления которых превышает единицу, суммарная оптическая длина находится как
где ni, Li - показатель преломления и геометрическая длина каждого из участков или элементов оптического резонатора.
Используя оптический резонатор длиной L, необходимо обеспечить выполнение условия устойчивости. Если в процессе циркуляции излучения в ОР луч выходит из резонатора, т.е. расстояние луча от оптической оси возрастает по мере роста числа отражений, то потери будут велики и резонатор является неустойчивым. В устойчивом резонаторе луч все время остается вблизи оси, благодаря чему потери излучения низки. Анализ устойчивости ОР производится с помощью безразмерных g-параметров [11, 12]:
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.