ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Типы колебаний оптического резонатора из "Открытые оптические резонаторы Некоторые вопросы теории и расчета " Произвольная оптическая волна, введенная в резонатор извне или возбуждаемая в резонаторной полости, последовательно проходит образующие элементы, претерпевая на каждом из них фазовое, геометрооптическое и дифракционное искажения, теряя при этом свою энергию. Можно характеризовать волну в любой точке внут-рирезонаторного пространства в фиксированный момент времени амплитудой, фазой и состоянием поляризации. После циклического обхода резонаторной полости рассматриваемая произвольная волна вновь вернется в отмеченную точку пространства при этом характеристики волны в общем случае изменятся. Существует, однако, бесконечный дискретный набор волн, которые в результате различного рода взаимодействий с образующими резонатор элементами в каждом последующем проходе восстанавливают относительное пространственное распределение амплитуды и фазы, а также состояние поляризации в каждом поперечном сечении резонаторной полости. Такие волны называются собственными волнами или собственными типами колебаний резонатора. [c.10] Продольное (вдоль оси) распределение электромагнитного поля в резонаторе аналогично распределениям, возникающим в замкнутых объемных резонаторах. Как правило, это волна с периодическим изменением мгновенных составляющих поля вдоль оси резонатора. Число полуволн, укладывающихся по длине линейного резонатора (или число волн — по длине кольцевого), указывается в обозначении данного типа колебаний с помощью продольного индекса д. Для оптических резонаторов это число велико и обычно известно лишь приближенно, поэтому продольный индекс записывается в обозначении собственной волны либо буквенно +1, q- -2,. .., либо вообще опускается. [c.11] Собственные ТЕМ-волны удобно характеризовать распределением амплитуды, значением фазы и эквифаз-ной поверхностью, состоянием поляризации в любом поперечном сечении резонатора. При циклическом проходе собственной волны в резонаторе поперечное распределение амплитуды воспроизводится с точностью до постоянного множителя, определяющего потери энергии в резонаторе. Каждому собственному типу колебаний соответствует определенная величина коэффициента потерь. Совокупность коэффициентов потерь собственных волн образует спектр потерь данного резонатора. [c.11] В реальных резонаторах, где волновые фронты искривлены, а полость содержит диспергирующую среду, спектр резонансных частот усложняется [3, 11, 12]. [c.12] Состояние поляризации собственной волны восстанавливается в любом поперечном сечении резонатора после циклического обхода. Существование определенных собственных состояний поляризации резонатора связано с наличием амплитудной или фазовой анизотропии образующих резонатор элементов. Обычно резонатор имеет два собственных состояния поляризации, которые характерны для всей системы собственных типо в колебаний (см. гл. 7). [c.12] Поперечные распределения поля собственных типов колебаний в открытых резонаторах формируются дифракционными и геометрооптическими эффектами и отличаются от периодических распределений, характерных для замкнутых систем. Эти распределения, а также спектр потерь имеют различный характер в устойчивых и неустойчивых резонаторах. [c.12] В устойчивом резонаторе распределения поля образуют характерные чередования максимумов и минимумов. Характер симметрии распределения поля моды зависит от оормы и оптической однородности сечения резонатора. При прямоугольной симметрии индексы т, п в обозначении типа колебаний соответствуют числу перемен знака поля вдоль каждой поперечной оси. Низший тип колебаний (так называемая основная, или фундаментальная, мода) не содержит изменений знака поля. [c.12] По установившейся в литературе терминологии совокупность типов колебаний, характеризуемых одной парой поперечных индексов, называется поперечным типом колебаний. Такой поперечный тип колебаний может содержать ряд продольных составляюш.их, отли чающихся продольным индексом. [c.13] Коэффициент потерь собственной волны зависит от поперечных индексов. В резонаторах с зеркалами ограниченной апертуры наименьшими потерями обладают основные волны. Моды высших порядков характеризуются большими потерями, причем в устойчивом резонаторе коэффициент потерь оказывается монотонно возрастаю-ш,ей функцией поперечных индексов собственной волны. [c.14] В неустойчивом резонаторе, геометрия которого характеризуется большой величиной параметра Френеля (М 2п), формирование собственных типов колебаний определяется главным образом геометрооптическими эффектами. Распределение амплитуды собственной волны в поперечном сечении резонатора имеет правильный монотонный характер. В отличие от волн устойчивого резонатора здесь амплитуда поля на краях зеркала может иметь существенное значение. Основная мода характеризуется однородным распределением поля. Амплитуда мод высшего порядка возрастает по мере удаления от оптической оси. Коэффициенты потерь мод в таком резонаторе значительно больше, чем в соответствующем устойчивом резонаторе. Монотонно нарастающая зависимость потерь от поперечных индексов здесь сохраняется. Зависимость потерь от параметра Френеля, естественно исчезает (из-за малости дифракционных эффектов). [c.14] Поперечные индексы волны здесь не находят такого чет-крго физического образа, как в устойчивом резонаторе. [c.15] Коэффициент потерь собственной волны немонотонно зависит от параметра Френеля и поперечных индексов. Для разных типов колебаний коэффициенты потерь могут совпадать. [c.15] Возбуждение в активном резонаторе того или иного типа колебаний определяется выполнением порогового условия генерации (1.1). Различные типы колебаний характеризуются разной величиной дифракционных потерь, разным положением резонансных частот в спектральном контуре усиления. Поля собственных волн резонатора по-разному согласуются с пространственным распределением усиления в активной среде. Все эти обстоятельства создают неодинаковые условия для возбуждения различных мод и ограничивают модовый состав излучения конкретного активного резонатора. На возбуждение типов колебаний существенно влияют эффекты межмодовой конкуренции. [c.15] Обычно в излучении присутствует целый ряд типов колебаний, характеризуемых низшими поперечными индексами. Достижение такого режима работы активного резонатора, при котором возбуждается только один основной тип колебаний (одночастотный режим), представляет большой технический интерес, так как при этом излучение оказывается максимально когерентным, монохроматичным и направленным. [c.15] Самостоятельное значение имеет также реализация режима возбуждения одной поперечной моды, т. е. совокупности типов колебаний, характеризуемых одинаковыми поперечными индексами. Такой режим принято называть одномодовым, хотя на самом деле он может соответствовать целому ряду типов колебаний, отличающихся продольными индексами. [c.15] Вернуться к основной статье