ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Резонаторы лазеров с управляемыми спектрально-временными характеристиками излучения из "Оптические резонаторы и лазерные пучки " Угловая селекция излучения лазеров с плоскими резонаторами путем уменьшения числа зон Френеля. Наиболее жизнеспособным способом угловой селекции является повышение селективных свойств плоского резонатора путем уменьшения числа Френеля N. Этого можно достичь несколькими способами, о которых мы сейчас и расскажем. [c.221] В принципе, для уменьшения 7Vнужно либо сокращать сечение, либо увеличивать длину резонатора. Значительное уменьшение активного сечения путем диафрагмирования резонатора, конечно, должно привести к соответствующему падению выходной мощности и поэтому не может быть отнесено к разумным приемам селекции. Некоторое продвижение в этом направлении все же возможно. Так, если применить выходное зеркало с сечением, немножко уступающим сечению активного элемента, последний благодаря дифракционному расширению пучка все же будет це шком заполняться излучением. Остается только использовать в качестве полезного сигнала кроме излучения, проходящего сквозь полупрозрачное выходное зеркало, также и излучение, выходящее из генератора через узкую кольцевую зону вокруг зеркала. Таким образом, можно несколько уменьшить 7V,практически не поступившись выходной мощностью. [c.221] Некоторого повышения степени направленности и снижения чувствительности к разъюстировкам можно добиться также путем применения выходного зеркала, коэффициент отражения которого плавно уменьшается от центра к периферии. Однако проблему расходимости излучения при интенсивной накачке это отнюдь не решает, и мы упомянули о генераторах с переменным по сечению отражением главным образом потому, что они являются ярким примером систем, у которых модовая структура сильно зависит от условий возбуждения. При равномерном распределении накачки и малом превышении порога конфигурация полей отдельных мод близка к конфигурации, предсказьшаемой теорией соответствующих пустых резонаторов 84]. Если превышение порога велико, то в результате конкуренции поперечных мод распределение коэффициента усиления по сечению приближается к распределению потерь, и структура отдельных мод становится сходной со структурой в лазерах с обычными зеркалами. [c.221] Намного более радикальное уменьшение N без сокращения рабочего объема может быть достигнуто простым увеличением расстояния между зеркалами. Этот метод угловой селекции является самым естественным и вместе с тем весьма эффективным. К числу его преимуществ относится то, что здесь, в отличие от случая применения угловых селекторов, растут не только потери отдельных мод, но и фазовые поправки ( 2.1, 2.4). Следствием является сравнительно быстрое увеличение разностей собственных значений оператора пустого резонатора, поэтому с ростом L не только исчезают из процесса генеращш моды высокого порядка, но и уменьшаются Вызванные неоднородностью среды деформации низших мод. Помимо прочего, варьировать длину резонатора куда проще, чем вводить селектор и подгонять к неоднородностям среды ширину полосы его пропускания. Словом, неудивительно, что данный метод сужения диаграммы направленности изучен наиболее систематично. [c.221] Характерно еще следующее. Если среда обладает сравнительно большой оптической неоднородностью, увеличение длины резонатора сверх какого-то предела сопровождается довольно быстрым уменьшением мощности вплоть до полного прекращения генерации, хотя до дифракционной расходимости может быть еще далеко. Это происходит, очевидно, тогда, когда значительная часть излучения уже после однократного прохождения среды из-за рассеяния на ее неоднородностях начинает выходить за пределы апертуры резонатора. В результате осевая сила света, поначалу возрастая с длиной резонатора, проходит через максимум, положение и высота которого зависят от степени оптической неоднородности среды. [c.222] Впервые это обстоятельство было отмечено Свенцицкой и Хазовым в [128]. Любопытно, что когда начинается резкое падение мощности генерации, угловая расходимость начинает уменьшаться с ростом даже быстрее, чем L [36]. Это объясняется тем, что генерация, за счет резкого возрастания порога, начинает локализоваться на отдельных участках сечения с наименьшим градиентом показателя преломления [128, 36] - уменьшается действующее значение (см. 3.2). [c.222] Выход из указанного затруднения состоит в применении резонаторов, имеющих небольшую реальную длину, но эквивалентных шюскому с малым N. На рис. 4.8 приведены несколько вариантов устройств подобного рода. Первое из них использовалось для уменьшения расходимости еще в 1963 г., однако правильные представления о его свойствах тогда еще не были выработаны. С помощью методов, изложенных в 1.1, соответствующий анализ производится без особого труда. Мы, однако, не станем рас-считьшать лучевые матрицы этих резонаторов, а воспользуемся более удобным приемом, который был в свое время выработан автором и изложен в [36]. [c.223] Общим признаком всех резонаторов, эквивалентных плоскому (в том числе изображенных на рисунке), является то, что в геометрическом приближении все лучи, нормальные к поверхности одного из концевых зеркал, по проховдении резонатора падают нормально на поверхность второго концевого зеркала и следуют обратно по тому же пути. Благодаря этому такие резонаторы можно представить в виде совокупности участков, каждый из которых ограничен парой параллельных плоскостей или концентрических сфер. Находящиеся между участками тонкие линзы вызьюают лишь соответствующие изменения кривизны волнового фронта, обеспечивая совпадение распределений полей на разделенных этими линзами границах участков. Границами крайних участков служат сами концевые зеркала. [c.223] Результат прохождения света по этим участкам в волновом приближении может быть рассчитан с помощью того же аппарата волновых матриц или прямо из принципа Гюйгенса-Френеля. При этом целесообразно задавать распределения комплексной амплитуды непосредственно на поверхностях, ограничиваюи щх участки, и притом в безразмерных координатах г/а, где а — половина расстояния между крайними лучами в геометрическом приближении (изменяя, таким образом, масштаб при переходе к участкам с другим сечением пучка). Тогда можно прийти к следующим простым закономерностям [36]. [c.223] Прохождение участка типа III с входной и выходной ширинами 2ai и 2й2 эквивалентно возвращению назад на расстояние =Zjo/( i Д2) иа участке типа I происходит также перевертьюание пучка и изменение амплитуды в отношении 1/ 2 Поэтому эффективные длины участков типа III из общей суммы вычитаются (вызванный этим обстоятельством рост угловой расходимости излучения при введении в схему участка типа III наблюдался экспериментально и был объяснен еще в [55]). Если принять также во внимание чрезмерную концентрацию энергии в местах перетяжек, становится очевидным, что наличие таких участков внутри резонаторов, как правило, нежелательно. [c.224] Вернуться к основной статье