ИССЛЕДОВАНИЕ СПЕКТРА ИЗЛУЧЕНИЯ ЛАЗЕРА
Цель работы. Ознакомление с принципом действия оптического резонатора; изучение факторов, влияющих на вид спектральной характеристики излучения лазера, и методики контроля спектра лазера с помощью сканирующего интерферометра Фабри – Перо.
Основные положения. Основными структурными составляющими любого лазера являются активная среда, оптический резонатор и источник питания, называемый обычно в лазерной технике источником накачки. Активная среда (АС), конструктивно оформленная тем или иным способом, носит название активного элемента (АЭ) лазера. В газоразрядных лазерах активным элементом является газоразрядная трубка, в твердотельных лазерах АЭ выполняются чаще всего в виде цилиндров из легированных оптических стекол или кристаллов. В инжекционных полупроводниковых лазерах активным элементом служит кусок кристалла в виде параллелепипеда. Линия излучения лазерного перехода данной активной среды, называемая иначе контуром усиления АС, определяет область частот, в пределах которой АС может усиливать оптическое излучение. Ширина контура усиления, отсчитываемая на половинном уровне интенсивности, для различных АС и даже для различных переходов одной активной среды имеет большой разброс. Для газовых АС низкого давления форма и ширина контура усиления определяются тепловым движением частиц – эффектом Доплера, что сопровождается неоднородным уширением линии излучения. С ростом давления главенствующую роль начинает играть однородное столкновительное уширение линий. В твердых телах контур усиления расширяется за счет сильного взаимного влияния близкорасположенных атомов. Так, в гелий-неоновом лазере для видимого перехода с длиной волны λ = 633 нм ширина контура усиления среды ΔνАС = 1500 МГц, а для инфракрасного перехода с λ = 3391 нм этот параметр равен 300 МГц. Минимальным контуром усиления порядка 60 МГц обладает активная среда СО2-лазера. Лазеры, основанные на твердотельных АС, наиболее широкополосны. Для них ΔνАС ~ 10 ... 100 ГГц и более. Для улучшения взаимодействия излучения с активной средой, обеспечения положительной обратной связи, превращающей оптический усилитель в генератор, повышения временной и пространственной когерентностей индуцированного излучения активная среда помещается в оптический резонатор (ОР).
В типичном случае ОР образуется двумя взаимно параллельными отражающими поверхностями – зеркалами. Одно из зеркал имеет конечный коэффициент пропускания для длины волны излучения лазерного перехода. Благодаря этому часть потока индуцированных квантов, циркулирующих в ОР, выводится наружу и формирует выходное излучением лазера. Второе (нерабочее или “глухое”) зеркало изготавливается с высоким коэффициентом отражения, достигающим у лучших образцов значений 99,5%. Форма отражающей поверхности зеркала может быть плоской или сферической, вогнутой или выпуклой. В зависимости от соотношения радиусов кривизны зеркал, знаков радиусов и расстояния между зеркалами различают устойчивые и неустойчивые ОР. Наиболее распространенными являются устойчивые ОР. При циркуляции излучения в устойчивом ОР после каждого отражения пучок излучения смещается к оси резонатора, т. е. происходит как бы фокусировка излучения. В результате, плотность потока в приосевой области резонатора достигает максимальных значений. Неустойчивые резонаторы обеспечивают хорошее согласование поля оптической волны с активными средами, имеющими относительно большие поперечные размеры.
Система из двух параллельных отражающих поверхностей обладает резонансными свойствами. В ней возможно распространение двух встречных волновых потоков. Минимальными потерями, а следовательно, и максимальным усилением будут обладать колебания, имеющие нулевую напряженность электрического поля на отражающих поверхностях. Иными словами, на оптической длине резонатора должно укладываться целое число полуволн λ/2. Это условие называют условием образования стоячих волн:
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.