Резонаторы

Резонатор

Представляет собой оптическую систему специально расположенных зеркал, которое создают эффект резонанса световых волн (также называется оптический резонатор или оптическая резонирующая система).

Такие резонаторы являются основными компонентами лазеров, обеспечивая эффект усиления и обратную связь лазерного излучения. Они также используются в оптических параметрических генераторах и некоторых интерферометрах.

Устройство оптических резонаторов

Чтобы два фотона, возникшие в результате стимулированного перехода «сверху — вниз», инициировали «цепную реакцию», материал лазера, лазерный излучатель, помещают в оптический резонатор, образованный зеркалами на обоих концах камеры (см. рис. 1, б, «конфокальный резонатор»).

Рис. 1. а — Схема твердотельного диодного лазера, который функционирует как светоизлучающий диод. Параллельные плоскости действуют как зеркала резонатора. Прямоугольная поверхность тонкого полупроводника излучает расходящийся эллиптически поляризованный пучок света, б — Схема типичного лазера, объем которого заполнен активным материалом и ограничен окнами, расположенными под углом Брюстера φ. Вектор лазерного света, колеблющегося на входной плоскости, проходит без потерь, тогда как перпендикулярно колеблющаяся компонента блокирована: лазерный свет сильно поляризован. Конфокальный резонатор с выпуклыми зеркалами относительно прост в изготовлении, стабилен и легко юстируется.

Это обеспечивает многократное прохождение излучения через материал лазера. В одном из зеркал делается полупрозрачное окно, через которое луч лазера выходит из системы.

Обычно это окно наклонено под «углом Брюстера» (см. статью [формулы Френеля])(https://studwork.ru/spravochnik/fizika/formuly-frenelya), что позволяет свету колебаться в плоскости падения и покидать резонатор без потерь, сохраняя таким образом процесс эмиттирования лазерного излучения.

Другая, перпендикулярно колеблющаяся компонента несет большие потери. По всей длине $L$ резонатора в различных аксиальных модах образуются стоячие волны, причем длина волны лазерного излучения $λ$ и длина резонатора должны соответствовать уравнению:

$L=\frac{m\lambda }{2n}$

где $m$ — порядок рассеяния, $n$ — коэффициент отражения. Это уравнение выполнимо для различных $λ$. В узловых плоскостях в $х$- и $у$- направлениях образуются различные поперечные электромагнитные моды (ТЕМ — transversal electromagnetic modes, поперечные формы колебаний) (см. рис. 2).

Рис. 2. Схемы различных режимов поперечных электромагнитных колебаний (т.е. распределений поля — ТЕМ) в излучении лазеров. Индексами показано количество узловых плоскостей в $х$- и $у$- направлениях.

Система резонатора с кюветой

В высокочувствительных методах измерения чрезвычайно малых поглощений, таких как при измерении специфических обертонов в ИК области используется способ размещения образца (твердого, жидкого или газообразного объекта) в специальной кювете с брюстеровыми окнами непосредственно в лазерный резонатор. Даже незначительные потери света вследствие поглощения приводят к гигантским изменениям в выходящем луче. Предпринимают специальные усилия, чтобы предохранить фотодетектор от засветки высокоинтенсивным лазерным лучом.

Подобно перестраиваемым лазерам на красителях, можно получить перестраиваемые диодные лазеры. В данном случае, используемый в таких системах лазерный диод — часть внешнего резонатора.

Нужна работа по низкой цене? У нас вы можете заказать статью по физике недорого!

Тест по теме «Резонаторы»