Открытые оптические резонаторы

1.

Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное агентство научных организаций
Уральское отделение Российской академии наук
Институт электрофизики УрО РАН
Открытые оптические резонаторы
Лекция по курсу «Квантовая и оптическая электроника»
для студентов кафедры электрофизики ФТИ «УрФУ им. Первого президента России Б.Н. Ельцина»
1.
2.
3.
4.
5.
6.
План лекции:
Открытые резонаторы. Особенности перехода к оптическому диапазону.
Гауссовы пучки. Основные свойства.
Интеграл Френеля-Кирхгофа. Дифракционный анализ Фокса и Ли.
Моды оптического резонатора.
Устойчивые и неуйстойчивые оптические резонаторы.
Динамически устойчивые оптические резонаторы.
Лекцию подготовил Ведущий инженер-конструктор Центра лазерных и оптических систем НКБ СТ
АО «ПО «УОМЗ им. Э.С. Яламова», м.н.с. ЛКЭ ИЭФ УрО РАН Тихонов Е.В.
Екатеринбург 2022

2.

Оптические резонаторы
Оптический резонатор — совокупность нескольких отражающих элементов,
формирующих стоячую световую волну. В простейшем случае это два зеркала,
расположенные параллельно на некотором расстоянии друг от друга, между
которыми помещена активная среда.
Оптические резонаторы являются одним из основных элементов лазеров,
обеспечивая положительную обратную связь для обеспечения многократного
прохождения лазерного излучения через активную среду, что приводит к усилению
светового потока.
Схема оптического резонатора на примере Cr3+:Al2O3- лазера (Т. Мейман, 1964 г.)

3.

Особенности перехода от радио- и СВЧ-диапазона к оптическому:
1. В оптическом диапазоне резонатор с размерами порядка длины волны не может
быть применён в силу технологических трудностей и из-за резкого
падения
добротности
2. Резонатор типа замкнутой металлической полости больших по сравнению с
длиной волны размеров не может быть применён в силу высокой плотности его
собственных колебаний, приводящей к потере резонансных свойств.
Типичный СВЧ-резонатор
Открытый оптический резонатор

4.

Гауссовы пучки
Решение волнового уравнения Гельмгольца для монохроматической волны в
параксиальном приближении:
Сферическая волна в параксиальном приближении дает параболическую волну,
Решение с квадратичной зависимость фазового фронта:
R(L
)

5.

СВОЙСТВА ГАУССОВА ПУЧКА
Интенсивность
Функция Гаусса
Расходимость
Мощность
асимптота при
В круге диаметром W(z) сосредоточено 86% мощности

6.

Типы оптических резонаторов
Оптические резонаторы могут содержать большое количество отражающих и других элементов, но наиболее
часто применяются двухзеркальные резонаторы, зеркала которых плоские или сферические. В зависимости от
радиусов зеркал и их взаимного расположения выделяют следующие типы двухзеркальных резонаторов :
Плоскопараллельный (