Лазерные резонаторы - Быков В.П.
ISBN 5-9221-0297-4
Скачать (прямая ссылка):
л q Хпу/п2 — sin2 $
Аг/ <С -------------.
2 Fd cos # sin #
Так как расходимость пучка A'd ~ Х/тга, выходящего из активной среды, обычно в несколько десятков раз больше, то в резонаторе необходимо иметь согласующий телескоп. Он разводит пучок по диаметру в Г раз, во столько же раз уменьшая его угловую расходимость. Таким образом, для увеличения телескопа Г получаем условие
r>>_Fdsm2?_ (3 22)
7гany п2 — sin2 $
Для нормальной работы решетки также требуется широкий пучок. Все отклонения, которые испытывают пучки нежелательной частоты, должны быть много больше их собственной расходимости. В частности, отклонение пучка, соответствующего по частоте ближайшему к рабочему максимуму пропускания эталона,
Лу= Atg^
d cos
должно быть много больше собственной расходимости пучка. Отсюда получаем еще одно условие на увеличение
Г»^^. (3.23)
7га tg ip
Разумеется, увеличение Г должно удовлетворять обоим этим условиям, (3.22) и (3.23), т. е. фактически наиболее жесткому из них.
Перестройка резонатора в широких пределах достигается посредством изменения угла автоколлимации ср, т. е. просто поворотом решетки вокруг оси, параллельной ее штрихам, и подстройкой остальных элементов резонатора.
188
Гл. 3. Сложные лазерные резонаторы
Таким образом, хотя последовательная теория резонаторов, подобных изображенному на рис. 3.8, отсутствует, физические явления, происходящие в резонаторе, и роль его отдельных элементов вполне ясны. Лазеры на красителях с такими резонаторами работают в одномодовом, как по продольному, так и по поперечному индексам, режиме и перестраиваются в широком диапазоне.
В заключение главы дадим несколько главных литературных ссылок. Исследование сложных резонаторов в работах [64-67] проведено в связи с их влиянием на пичковый режим генерации. Резонатор Фокса-Смита предложен и исследован в работе [68], Т-образный резонатор — в работе [69], резонатор Майкельсона — в работе [70]. Согласование поперечных мод в сложном резонаторе обсуждалось в [71, 72].
Резонаторы с дисперсионными элементами предложены в работах [73-76]. Их совершенствование происходило в русле развития лазеров на красителях — см. обзор [77].
Глава 4
РЕЗОНАТОРЫ ТВЕРДОТЕЛЬНЫХ ЛАЗЕРОВ
§4.1. Термооптические искажения активных элементов твердотельных лазеров
Лазеры на твердом теле являются в настоящее время, по-видимо-му, наиболее популярным типом лазеров. Основная особенность резонатора твердотельного лазера состоит в том, что в процессе работы лазера он испытывает значительные изменения своих свойств из-за появления термооптических неоднородностей в активном элементе (АЭ) при его неравномерном нагреве. Поэтому, рассматривая в этой главе методы построения схемы резонаторов твердотельных лазеров различного назначения, основное внимание уделим изучению влияния наведенных в процессе накачки среды термооптических искажений АЭ на свойства резонатора. В соответствии с этим, в настоящем параграфе проведено описание характера искажений, возникающих в АЭ из наиболее популярных материалов.
В подавляющем большинстве случаев термооптический возмущенный АЭ можно приближенно представить в виде идеальной линзы — термической линзы АЭ (ТЛ АЭ), оптическая сила которой зависит от средней мощности накачки. Специфика материала АЭ, режима накачки, конструкции осветителя и прочие особенности конструкции твердотельных лазеров проявляются в малых аберрациях ТЛ АЭ. Характер этих аберраций может быть весьма сложен, однако для большого числа задач их влиянием на свойства резонатора, по сравнению с влиянием усредненной идеальной ТЛ, можно пренебречь. Поэтому в следующих параграфах исследование резонатора проводится в рамках гауссовой оптики. При этом в § 4.2 исследуются общие закономерности поведения резонатора, содержащего внутрирезонаторную линзу. Выделяются два типа резонаторов, наиболее подходящих для использования в твердотельных лазерах. На этой основе в § 4.3-4.6 разрабатываются конкретные алгоритмы построения схем резонаторов твердотельных лазеров как с непрерывной, так и импульсной накачкой.
При накачке АЭ твердотельных лазеров газоразрядными лампами от 3% до 10% мощности лампы накачки идет на нагрев АЭ [78]. Этот нагрев обусловлен наличием стоксовых потерь при возбуждении
190 Гл. 4• Резонаторы твердотельных лазеров
активных центров, собственным поглощением матрицей АЭ излучения накачки, частичным поглощением в активной среде генерируемого излучения и т. д. и приводит к необходимости охлаждения АЭ в процессе работы лазера. Чрезмерный нагрев АЭ ведет к ухудшению генерационных параметров лазера, а при достаточно высоком уровне накачки — и к разрушению АЭ. Наличие объемного тепловыделения и поверхностного охлаждения АЭ приводит к появлению неоднородного распределения температуры по сечению АЭ. Существует целый ряд механизмов влияния температуры на оптические характеристики АЭ. Так, нагрев материала приводит к сдвигу фундаментальных ультрафиолетовых полос поглощения, изменению плотности материала, из-за эффекта термического расширения, к эффекту фотоупругости. Совокупное действие этих факторов приводит к тому, что неоднородно нагретый АЭ удлиняется; в нем возникают оптические неоднородности, различные для излучения с разной поляризацией [79]. Появившиеся в процессе накачки термооптические искажения активной среды оказывают в ряде случаев определяющее влияние на характеристики резонатора и в конечном случае на генерационные параметры лазера. Поэтому при разработке схем резонаторов твердотельных лазеров того или иного назначения в первую очередь приходится учитывать, наряду со спецификой назначения лазера, величину и характер термооптических искажений АЭ, возникающих в процессе генерации. В данном параграфе кратко рассматриваются характер, величина и способ описания наводимых в АЭ термооптических искажений из наиболее популярных материалов.
