ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Резонаторы одномодовых лазеров неустойчивой конфигурации из "Лазерные резонаторы " В резонаторах неустойчивой конфигурации ситуация иная, потери основной моды должны быть существенны. В противном случае их использование нецелесообразно (рис. 4.8). Высокие потери основной моды достигаются лишь тогда, когда амплитуда поля на границе апертуры сравнительно велика. Поэтому характер границы апертуры может играть весьма существенную роль при анализе модовой структуры неустойчивого резонатора. Существует обширная литература [10], в которой исследовались эффекты, связанные с рассеянием поля моды на границе апертуры в неустойчивом резонаторе, влияние этого рассеяния па структуру и потери основной моды. Было показано, что специфика границы играет существенную роль. [c.233] В целом итог этих исследований сводится к следующему [10, 118. В случае, когда граница ограничивающей апертуры очерчена резко и расположена симметрично относительно оптической оси моды, рассеивание основной моды на границе происходит на значительные углы, волны рассеивания от различных участков границы имеют одинаковую фазу и ири интерференции усиливают друг друга. Это приводит к тому, что структура излучения неустойчивого резонатора в этом случае имеет весьма сложный вид. Поперечная структура излучения изрезана, имеет место вырождение поперечных мод различного порядка по потерям. Все это приводит к низкому качеству поперечной структуры выходного излучения. [c.233] Поэтому, исходя из данной картины явления, можно сделать вывод, что с практической точки зрения интерес представляют резонаторы, в которых ограничиваюш,ая апертура имеет частично или полностью сглаженный край. В работе [100] было показано, что апертура с частично сглаженным краем близка по своим свойствам к гауссовой, причем разница становится чрезвычайно малой при вполне умеренных значениях степени сглаживания. Поэтому в первом приближении вполне уместно апертуры с частично сглаженным краем рассматривать как гауссовые, а отличия учитывать в виде малых аберраций, влияние которых на структуру мод следует учитывать во втором порядке малости. Именно такой подход реализован в настоянием параграфе. Читателям, которых интересует более тонкая структура мод неустойчивого резонатора, можно порекомендовать книгу [10]. В ней оптика неустойчивого резонатора рассмотрена весьма подробно. [c.234] Очевидно, что оптическая сила данных аподизируюш,их апертур должна быть существенно выше, нежели оптическая сила других апертур, присутствующих в резонаторе, например апертуры АЭ, с тем, чтобы подавляющая часть дифрагированного излучения была использована в качестве выходного излучения лазера. [c.237] Рассмотрим коротко принципы, которыми следует руководствоваться при разработке и выборе аподизирующей апертуры того или иного типа при построении неустойчивого резонатора. [c.237] Будем исходить из заданного размера АЭ. Поскольку предполагается одномодовый характер генерации, будем считать, что для эффективного съема инверсной заселенности в АЭ достаточно обеспечить размер основной моды в АЭ то (0,7 1,0)Ло где Ко — радиус АЭ. [c.237] Целесообразность подобного разделения потерь связана с тем, что во всех формулах предыдущего анализа фигурировали именно гауссовые потери 7о, а не общие потери основной моды 7, которые важны с энергетической точки зрения. При дифракционном выводе излучения из резонатора существует понятие оптимального уровня общих дифракционных потерь 7опт которое вполне аналогично понятию оптимального пропускания выходного зеркала опт, фигурирующему в резонаторах с выводом излучения через обычное полупрозрачное зеркало. При достижении оптимального уровня дифракционных потерь, при данном уровне накачки, мощность выходного излучения максимальна. Известно, что нри росте коэффициента усиления активной среды уровень оптимальных потерь возрастает и составляет для импульсных твердотельных лазеров величину 7опт — 0,6 0,9. [c.238] При подборе ограничиваюш ей апертуры разумно стремиться к тому, чтобы То = Топт- Это обеспечивает высококачественную поперечную структуру выходного излучения как в ближнем, так и в дальнем поле. [c.239] Здесь также уместно подчеркнуть, что хотя в рассматриваемом случае й = о р о / О, ноб /йо С1и поэтому при анализе такого резонатора вполне пригодны все те выражения, которые были получены в 4.2 для случая с/ = О (формулы (4.26) и далее). Этот пример иллюстрирует как порядок нахождения величины апертуры в случае, если ограничивающая апертура и АЭ разнесены, так и тот факт, что с точки зрения алгоритма расчета остальных элементов схемы резонатора, положение апертуры в резонаторе не является существенным и может выбираться из конструктивных соображений. [c.240] Перейдем к построению алгоритма расчета схемы неустойчивого резонатора с динамической стабильностью. Будем исходить из того, что схема должна обеспечивать заданный оптимальный уровень гауссовых потерь и обеспечивать динамическую стабильность потерь при заданном значении ТЛ АЭ рт и, кроме того, обеспечивать заданный диапазон допустимого изменения мощности накачки, т. е. заданный диапазон изменения ТЛ АЭ Арт- Последнее условие весьма существеппо, так как измерение оптической силы ТЛ АЭ всегда проводится с конечной точностью, кроме того, на практике всегда имеют место некоторые флуктуации рт из-за нестабильности накачки и целого ряда других факторов. [c.240] Соотношения (4.96), (4.98) и (4.102) определяют, исходя из заданных значений 70опт, Рт и Арт, условия, накладываемые на величины матричных элементов соответствующих лучевых матриц. [c.242] Например, пусть 70 опт = 0,5, Арт = 0,5 дп, т] = 0,1. Тогда из рис. 4.23 имеем пК = 2, К = 7,4, из формулы (4.107) Ьх 0,47 м. В соответствии с этим положим К = 0,8 м, Ьх = 0,4 м, из (4.97) Жопт = = 0,707, Ь2 = 0,33 м, К2 = 0,66 м. [c.244] Соотношения (4.109)-(4.111) определяют искомые параметры резонатора. Проиллюстрируем действие данного алгоритма на примере расчета схемы неустойчивого резонатора с динамической стабильностью, в котором 7оопт = 0,5, Арт = 0,5 дн, т] = 0,1. Из рис. 4.23 имеем К = 7,4, 0 = 0,47 м. Из формулы (4.97) Жопт = 0,707. Полагаем, что X = 0,707, выбираем Ь из условия (4.111) Ь = 0,5 м. При этом Ь2 можно взять произвольной величины, нанример Ь2 = 0,2 м. Далее с помош,ью формул (4.109) находим Кх = 0,76 м, К2 = 0,5 м. [c.245] Наиболее часто применяется неустойчивый телескопический резонатор, изображенный на рис. 4.25. Его расчет проводят исходя из требуемого уровня дифракционных потерь 7оопт5 при которых выходная мощность максимальна, и условия (4.112). [c.246] В заключение отметим, что SFUR-резонаторы принадлежат к телескопическому типу, поскольку при qi —42 = 1/2 условие (4.112) выполпепо. Одпако, в общем случае, обратное неверно, т. е. не всякий телескопический резонатор обладает динамической стабильностью. В частности, резонатор, изображенный на рис. 4.25, не относится к динамически стабильным резонаторам. [c.246] Вернуться к основной статье