Лазерные резонаторы - Быков В.П.
ISBN 5-9221-0297-4
Скачать (прямая ссылка):
Схемы с внутрирезонаторным телескопом достаточно хорошо зарекомендовали себя на практике и потому используются достаточно часто. Естественно, возможно дальнейшее усложнение схемы путем введения дополнительных линз или использования сферических зеркал, что позволяет обеспечить дополнительные возможности схемы. Не будем останавливаться более на конкретных схемах, поскольку их синтез и методика расчета тождественна предыдущим и достаточно очевидна. Отметим лишь одну весьма важную деталь. Все динамически стабильные устойчивые резонаторы, применяемые в импульсных лазерах, близки по своим свойствам к конфокальному. Для того чтобы убедиться в этом, найдем лучевую матрицу обхода левого плеча резонатора, включая АЭ. Легко показать, что диагональные элементы этой матрицы с учетом (4.81) равны
А — А\ — р\В\ ~ —d/Bi.
Для d = 0,1 м и юо _ 2 мм величина d/B\ ~ 10-2 и, следовательно, А ~ 0. Пренебрегая длиной правого плеча, получаем, что динамически стабильный резонатор с большой точностью можно считать конфокальным.
Поскольку конфокальный резонатор обладает высокой селективностью, достаточно обеспечить сравнительно небольшие потери основной моды (7 < 0,1 -г 0,2) для подавления мод более высокого порядка.
232 Гл. 4• Резонаторы твердотельных лазеров
Именно малость дифракционных потерь основной моды, необходимых для обеспечения одномодового характера генерации, позволяет в условии стабильности (4.48) пренебрегать величиной рсь так как РоВг ~ 7/2 и, следовательно, р0 <С <С 1 /В2.
В случае, когда ограничивающая апертура не является гауссовой и ее края резко очерчены, для нахождения параметров модовой структуры (потери, расходимость, поперечная структура и т.д.) устойчивых динамически стабильных резонаторов импульсных лазеров можно использовать результаты, полученные в § 2.4 для конфокального резонатора. При этом следует иметь в виду, что если ограничивающей апертурой является апертура АЭ, то число Френеля Иф = R^/XBi = = (До/гу0)(1/7г).
§ 4.5. Резонаторы одномодовых лазеров неустойчивой конфигурации
Основным недостатком устойчивых схем с динамической стабильностью, с точки зрения их использования в импульсных твердотельных лазерах, является необходимость иметь, по крайней мере, одно плечо резонатора большой оптической длины
TTWo Bl~—.
Построение же компактной оптической системы большой оптической длины, как было показано в предыдущих параграфах, связано с определенными трудностями. В частности, в таких оптических системах имеет место сильная фокусировка излучения на концевом зеркале. Когда подобные явления становятся трудно преодолимыми, например, при wo > 2 мм или при работе лазера с очень высокой пиковой мощностью, целесообразно использовать схемы резонаторов неустойчивой конфигурации. В этом случае, как следует из рис. 4.10, возможно использование достаточно компактных схем с
Bl « - А----Л-’
т. е. с малой оптической длиной наиболее длинного плеча резонатора |Bi| > \В2\ и достаточно высокими дифракционными потерями, обеспечивающими подавление мод более высокого порядка.
Прежде чем приступить к построению алгоритма расчета схемы неустойчивого резонатора, следует сделать одно весьма существенное замечание. Весь ранее проведенный анализ выполнен в предположении, что апертура, ограничивающая поперечные размеры излучения в резонаторе, обладает идеально сглаженным краем, т. е. является гауссовой апертурой. При этом оказывалось, что при расчете конкретных
4-5. Резонаторы одномодовых лазеров
233
резонаторов характер ограничивающей апертуру, не имеет существенного значения, так как параметры основной моды определялись почти исключительно геометрией резонатора. Это объясняется сравнительно небольшими дифракционными потерями основной моды в рассмотренных схемах устойчивых резонаторов.
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 на структуру и потери основной моды. Было показано, что специфика границы играет существенную роль.
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 при 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.
