ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Резонаторы с произвольно расположенными апертурными диафрагмами из "Оптические резонаторы и лазерные пучки " Резонаторы с произвольно расположенными апертурными диафрагмами. Обсудим явления, связанные с характером ограничения сечения генерируемых пучков в реальных лазерных резонаторах. Вначале будем полагать, что эти ограничения осуществляются исключительно диафрагмами, так что речь пойдет о размерах и расположении этих диафрагм, а в случае неустойчивых резонаторов — еще и о состоянии их краев. [c.137] Даже когда эти расстояния пренебрежимо малы, остается еще одно важное условие, без выполнения которого пользоваться имеющимися данными, вообще говоря, нельзя резонатор должен быть хорошо отъюстирован, центры апертурных диафрагм обязаны находиться точно на оси — луче, перпендикулярном поверхностям обоих концевых зеркал. [c.138] Попытки полного рассмотрения всех вариантов размещения апертурных диафрагм, встречающихся на практике, были бы совершенно беспредметными, поэтому ограничимся чисто качественным анализом. [c.138] В устойчивых резонаторах на апертурные диафрагмы попадает, как правило, та периферийная часть пучков, где интенсивность весьма мала поэтому расположение и размеры диафрагм влияют в основном на потери, слабо сказываясь на распределениях полей. Последнее обстоятельство позволяет проводить грубые оценки потерь с использованием известных сведений об устойчивых резонаторах без промежуточных апертурных диафрагм ( 2.3). [c.138] Методика проведения таких оценок состоит в следующем. Сначала нужно найти решение для резонатора неограниченного сечения и проследить за тем, как изменяется параметр ширины w вдоль всей его длины. Это позволяет выделить диафрагму, отношение ширины которой к значению W в ее плоскости минимально. Будем считать, что другие диафрагмы имеют заметно большие значения указанного отношения тогда их присутствие можно, в первом приближении, не учитывать. [c.138] Указанная диафрагма делит резонатор на два плеча. Взяв эти плечи по отдельности и заменив в каждом из них эту диафрагму на зеркало того же размера с кривизной, равной кривизне опорных поверхностей у найденного решения, получаем два устойчивых резонатора, обход каждого из которых эквивалентен обходу соответствующего плеча исходного резонатора. Определив потери этих двух резонаторов и сложив их, получаем приближенно потери исходного. [c.138] Этот прием, описанный в [89], недостаточно обоснован, однако предложить что-то более надежное и в то же время простое трудно. Отметим, что. такой способ оценок совершенно корректен в двух крайних случаях — когда апертурная диафрагма находится у одного из концевых зеркал исходного резонатора или когда два вспомогательных резонатора эквивалентны друг другу это дает основания надеяться, что и в других ситуациях ошибки не слишком велики. [c.138] Еще один способ приближенной оценки потерь устойчивых резонаторов, основанный на применении теории возмущений, будет изложен в следующем параграфе. Укажем еще, что некоторые полезные сведения о свойствах разъюстированных устойчивых резонаторов можно найти в [100], 8.3, и перейдем к плоским резонаторам. [c.139] В случае плоских или им эквивалентных резонаторов поле, как следует из материалов 2.4, удерживается внутри резонатора благодаря эффекту дифракщюнного отражения от краев апертурных диафрагм или зеркал. Из-за этого последние в плоских резонаторах играют более важную роль, чем в устойчивых, не только предопределяя величины потерь, но и задавая масштабы для распределений полей низших мод. [c.139] Посмотрим теперь, что произойдет, если добавить еще диафрагмы того же размера. Из рис. 2.15 и его последующего анализа видно, что расстояние между экранами (диафрагмами) L сказывается на углах наклона лишь трансформированных волн п Ф G). Что же касается отраженной волны, то для нее фазовые условия выполняются автоматически независимо от величины L. Отсюда следует, что размещение таких дополнительных диафрагм на любых участках длины резонатора всегда увеличивают, вместе с числом рассеянных ими волн, коэффициент дифракционного отражения, понижая селективность резонатора. [c.139] Можно показать, что аналогичные закономерности имеют место не только в сл) ае заурядного плоского резонатора, но и для всего рассмотренного в 4.2 класса резонаторов, эквивалентных плоскому. Если считать размеры сечений пучков заданными (обычно при этом исходя из условия заполнения излучением рабочего объема активной среды), то дифракционные потери,и селектирующие свойства максимальны тогда, когда указанные размеры ограничиваются единственной диафрагмой, находящейся около одного из концевых зеркал. [c.140] В случае неустойчивых резонаторов, как правило, единственным элементом, предопределяющим сечение генерируемого пучка, является выходное зеркало или расположенная рядом с ним диафрагма (рис. 4.2). Поэтому следует рассмотреть только эффекты, связанные с возможными отклонениями центра этого элемента от оси и неидеальностью его края. [c.140] 5 было показано, что для устранения наиболее серьезных последствий краевых эффектов достаточно того, чтобы ширина зоны сглаживания края До (глубина шероховатостей) составляла хотя бы л/(2Л экв) где а — полуширина апертурного элемента, Л экв так называемое эквивалентное число Френеля. На практике часто с большим запасом выполняется неравенство Л экв 1 — именно такие неустойчивые резонаторы обеспечивают наибольший выигрыш в степени направленности излучения по сравнению с резонаторами других типов ( 4.1). Величина Aq тогда оказывается совсем небольшой. Так, параметрам твердотельных лазеров с диаметром выходного сечения 45 мм, упоминающихся в гл. 4, соответствует До 0,1 мм подобная размытость края, как правило, существует и без принятия каких-либо специальных мер. [c.140] Сказанного достаточно, чтобы сделать следующий важный вывод спещ1-фические эффекты, имеющие место в идеальных неустойчивых резонаторах с резким краем (вырождение низших мод по потерям и т.п.), в реальных резонаторах с Л экв Ь как правило, отсутствуют. Если все же возникает необходимость их подавления, это легко может быть сделано с помощью таких мер, как нанесение фаски на край зеркала (о таком способе снижения коэффициента отражения от края см. [80]) или, скажем, применение зубчатой диафрагмы. [c.141] Если даже в падающей на выходное зеркало центральной части пучка какие-то проявления краевой дифракции и остаются, при Л экв 1 о зависят от столь мелких нюансов в очертаниях зеркала, в распределении аберраций и т.д., что пытаться предусмотреть все эти нюансы — занятие бесполезное. Поэтому в дальнейших расчетах неустойчивых резонаторов мы будем широко использовать геометрическое приближение, пренебрегая краевой дифракцией. Напомним только, что при небольшой ширине зоны сглаживания характерная дифракционная структура (повторяющие форму контура выходного зеркала полосы) в проходящей мимо зеркала периферийной части пучка все же остается. [c.141] Вернуться к основной статье