Лекции 3 ОИКС

1.

Лекции № 5, 6
Элементы и узлы лазерных
устройств. Оптические резонаторы
Основная функция оптического резонатора – формирование требуемого распределения
электромагнитного поля и спектра частот (формирование мод заданной структуры).
Геометрические размеры резонатора определяются условиями наиболее эффективного
взаимодействия электромагнитного поля и активной среды.
Затухание энергии в резонаторе вследствие потерь :
Q – добротность резонатора, определяемая отношением
накопленной энергии к энергии, теряемой резонансной
системой в единицу времени:
- ширина резонансной кривой
- время жизни фотона в резонаторе
(постоянная времени затухания поля в резонаторе)

2.

Обобщенные параметры оптического резонатора
Понятие устойчивости резонатора необходимо
для качественной оценки дифракционных потерь.
Устойчивый оптический резонатор
(малые дифракционные потери) :
Неустойчивый оптический резонатор
(большие дифракционные потери):

3.

4.

Селекция поперечных мод в оптических резонаторах
Методы селекции поперечных мод основаны на
разработке резонаторов, обеспечивающих высокую
добротность только для одной моды в пределах
линии усиления активной среды.
Используя различное распределение поля в
поперечном направлении для поперечных мод,
можно уменьшить добротность для всех мод, кроме
одной, за счет увеличения дифракционных потерь.

5.

Селекция поперечных мод в оптических резонаторах
Другой метод поперечной селекции основан на
использовании отражателей с повышенной угловой
селективностью.
Распределение поля по поверхности
зеркал для разных типов колебаний
Поперечные моды – это моды угловые,
поэтому направление максимума излучения
зависит от номеров их поперечных
индексов.

6.

Селекция продольных мод в оптических резонаторах
В большинстве случаев практического применения лазеров требуется излучение
на одной частоте, т.е. нужна высокая добротность только для одной моды.
- частотный интервал между продольными модами
Поэтому используют высокоселективные отражатели (интерферометры) или оптические
фильтры.
Линейная селекция продольных мод с интерферометром Фабри-Перо

7.

Селекция мод в связанных оптических резонаторах
Селекция мод связанных оптических резонаторов основана на
интерференции полей в оптических элементах связи.
При
несовпадении
частот
связанных
резонаторов
возникают
дополнительные фазовые сдвиги, приводящие к смещению частоты в
каждом резонаторе и уменьшению добротности резонатора на этих
частотах. Если частоты совпадают, то добротность растет. Таким образом,
подбором длин оптических резонаторов и степени оптической связи
между ними можно обеспечить рост добротности нужного числа мод.

8.

Устройства связи оптических мод
Формирование заданного набора мод определяется оптическими компонентами:
зеркалами, призмами, диафрагмами и более сложными структурами.
При дифракции изменяются пространственный и частотный спектры излучения
на этих структурах, что используют для создания волноводов, резонаторов,
модуляторов, дефлекторов, устройств формирования и согласования мод.