ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Влияние термооптических искажений резонатора и температуры активной среды на характеристики лазерного излучения из "Термооптика твердотельных лазеров " Из предыдущих разделов следует, что термически деформированный активный элемент представляет собой довольно сложную структуру — протяженный объем среды с неоднородным показателем преломления и оптической анизотропией, направления главных осей и величина двулучепреломления которой изменяются в пространстве и во времени. [c.64] Значительно большую роль играют термооптические искажения в составе генератора помещение такой детали в оптический резонатор радикально изменяет всю структуру его собственных типов колебаний и оказывает существенное влияние не только на состояние поляризации и расходимость, но и (через изменение потерь в резонаторе) на энергию и мощность лазерного излучения. [c.64] Дать общий анализ влияния термооптических искажений на характеристики лазерного излучения для режима одиночных вспышек затруднительно температурное распределение в активных элементах, а вместе с ним и термооптические искажения весьма разнообразны. Они определяются неоднородностью распределения тепловыделения, которое зависит от конкретного вида системы накачки, спектра поглощения активной среды, состояния боковой поверхности активного элемента (полированная или матовая) и других конструктивных особенностей. [c.65] Напротив, в непрерывном или импульсно-периодическом режиме температурное поле в элементах и термооптические искажения резонатора регулярны и в основном соответствуют какому-либо одному из низших порядков волновых аберраций оптического пути между зеркалами. Именно с учетом таких аберраций в предположении отсутствия наведенного двулучепрелом-ления и целесообразно вначале проанализировать структуры полей в резонаторах различных классов. Результаты такого анализа могут быть положены в основу рассмотрения и более сложных случаев, когда в искажениях оптического пути в резонаторе одновременно присутствуют аберрационные члены различных порядков. [c.65] Детальное описание полей оптических резонаторов различного вида (устойчивых, плоских, неустойчивых во всевозможных их модификациях) содержится в книге Ю. А. Ананьева [1], специально посвященной данным вопросам. [c.65] В дальнейшем будет рассмотрен более частный характер особенностей, связанных с влиянием на излучение аберраций, характерных для термически деформированных элементов. [c.65] Помимо дифракционных потерь, которые различны для мод с отличающимися индексами т, п, в резонаторе имеются общие для всех мод потери излучения полезные, определяющие долю выводимого из резонатора излучения, и так называемые неактивные потери (поглощение в элементах оптического тракта, отражение на несъюстированных поверхностях оптических деталей и т. п.). [c.66] В том случае, когда активная среда не вносит искажений оптического пути в резонатор, поперечная структура собственных типов колебаний сохраняется. Изрезанность распределения интенсивности излучения отдельной моды приводит при генерировании к соответствующей неравномерности распределения инверсной населенности. Вследствие этого поле отдельной моды не в состоянии использовать энергию, запасенную во всем объеме активной среды, и при большом числе Френеля из-за нелинейности усиления в активном элементе при генерации одновременно возбуждается несколько поперечных типов колебаний, размещающихся в резонаторе таким образом, чтобы наиболее полно высветить накапливаемую в активном элементе энергию (многомодовая генерация) [1]. [c.66] Причиной аберраций первого порядка (оптический клин) помимо неточной юстировки зеркал резонатора может быть односторонний перегрев активного элемента. В дальнейшем независимо от причины их появления будем называть эти аберрации разъюстировкой. [c.66] Анализ влияния клиновых деформаций на распределение поля мод плоского резонатора и на характеристики излучения лазеров с такими резонаторами содержится в многочисленных теоретических и экспериментальных работах [1, 5, 55, 56, 111]. Приведем их основные результаты. [c.66] При весьма тщательной юстировке и принятии специальных мер по предотвращению каких бы то ни было оптических искажений резонатора обусловленная многомодовостью расходимость излучения лазеров с плоским резонатором может незначительно (в два-четыре раза) превосходить дифракционный предел даже при больших числах Френеля (Л ф 100) [5] (рис. 2.1). [c.66] По мере разъюстировки зеркал резонатора распределение поля отдельных мод сильно искажается и расходимость излучения будет определяться деформацией мод. При этом наиболее чувствительными к перекосу оказываются моды низших порядков. Углы перекоса а, при которых искажения мод вносят основной вклад в расходимость излучения, а сами моды перестают удовлетворительно описываться синусоидами, весьма малы [1] и определяются выражением ао кЦАаЫф). [c.67] Структура поля в плоском резонаторе настолько чувствительна к малейшим возмущениям (аберрациям) оптического пути между его зеркалами, что в подавляющем большинстве случаев для описания реально генерируемого излучения в таких резонаторах использование представлений о модах, описываемых выражением (2.1), неправомерно. [c.67] При разъюстировке резонатора резко возрастают потери мод, что приводит к увеличению порога генерирования, а при постоянной накачке — к соответствующему уменьшению энергии генерируемого излучения или даже к срыву генерации. [c.67] При углах разъюстировки а k/d распределение поля как в ближнем (на зеркалах резонатора), так и в дальнем поле становится весьма неравномерным. Диаграмма направленности распадается на ряд лепестков неравной интенсивности, отстоящих друг от друга на угол 2а . [c.68] На рис. 2.3 показано угловое распределение интенсивности, вычисленное по формуле (2.4) (сплошные линии) и измеренное экспериментально (штриховые линии). При больших углах разъюстировки (а %/d) формула (2.4) дает общую огибающую углового распределения. [c.68] Из формулы (2.5) следует (с учетом малости угла а), что величина отклонения значительно превосходит величину вызвавшей его аберрации. Это обстоятельство необходимо учитывать при проектировании оптических систем, сопрягаемых с лазерами. [c.68] Если размер генерирующей зоны ограничивается активным элементом, то величина и структура возвращенной в резонатор доли сбегающего в поперечном направлении потока, определяющей описанную выше модуляцию поперечного распределения интенсивности излучения, будет существенно зависеть от характера обработки боковой поверхности и многолепестковая диаграмма направленности будет замыта. [c.69] С наличием паразитных отражений от различных поверхностей в резонаторе связано отклонение экспериментальной зависимости порогового усиления от разъюстировки зеркал резонатора (рис. 2.5) от теоретической экспоненциальной кривой. [c.69] Отмеченные выше сильные зависимости потерь в плоском резонаторе от разъюстировки делают этот тип резонатора популярным в лазерах с оптико-механическим модулятором добротности резонатора (вращающееся зеркало). [c.69] Вернуться к основной статье