40. Стійки та не стійки відкриті резонатори, визначення, приклади, переваги та недоліки резонаторів двох відповідних типів.

 О. р. з плоскими дзеркалами чутливі до деформацій і перекосів дзеркал, що обмежує їх вживання. Цього недоліку позбавлені О. р. з сферичними дзеркалами, в яких промені, неодноразово відбиваючись від увігнутих дзеркал, не виходять за межі огинаючої поверхні – каустики. Каустик утворюється лише в певної області значень L і радіусів кривизни дзеркал R 1 і R 2 ( мал. 3 ). Оскільки хвилеве поле швидко убуває поза каустикою при видаленні від неї, випромінювання з сферичного О. р. з каустикою набагато менше, ніж випромінювання з плоского О. р. Розрідження спектру в цьому випадку реалізується завдяки тому, що розміри каустики, що обмежує поле, зростають із зростанням m і n . Для коливань з великими m і n каустика виявляється розташованою поблизу краю дзеркал або зовсім не формується і ці коливання сильно випромінюють. Такі сферичні О. р. називають стійкими, т.к. оні не чутливі до малих перекосів і зсувів дзеркал. Стійкі О. р. застосовуються в газових лазерах .

  В твердотілих лазерах інколи застосовуються нестійкі О. р., в яких зовнішня каустика утворитися не може: промінь, проходящий поблизу осі резонатора під малим кутом до неї, після віддзеркалень необмежено віддаляється від осі. На кордоні між стійкими і нестійкими О. р. ( мал. 3 ) розташовані софокусниє О. р., в яких фокуси обох дзеркал (віддалені на відстані R 1 /2 і R 2 /3 від відповідного дзеркала) збігаються, у тому числі телескопічний О. р., такий, що складається з малого опуклого і великого увігнутого дзеркал. Нестійкі О. р. володіють великими втратами на випромінювання, чим стійкі, проте ці втрати для коливань вищих типів в них значно більше, чим для основного вагання. Це дозволяє добитися одномодової генерації лазера і пов'язаною з нею високій спрямованості випромінювання.

41. Селекція мод у відкритих резонаторах. Пояснення зовнішньої та внутрішньої селекції мод, приклади реалізації.

За мiсцем розташування пристрою, який забезпечує селекцiю, розрiзняють внутрiшню та зовнiшню селекцiю аксiальних та поперечних власних типiв коливань резонатора. На рис. 5.22 наведено спрощенi схеми внутрiшньої та зовнiшньої селекцiї мод резонатора. При внутрiшнiй селекцiї пристрiй селекцiї установлюється i дiє всерединi резонатора, а при зовнiшнiй за його межами.

Характернi недолiки зовнiшньої селекцiї мод: неможливiсть повного знищення випромiнювання небажаних типiв коливань, а також значна втрата потужностi випромiнювання. Перевага: унiверсальнiсть (придатнiсть для будь-якого готового лазера), легкiсть юстування, дешевина оптичних елементiв. Внутрiшня селекцiя iстотно ускладнює конструкцiю лазерного резонатора, вимагає використання високоякiсної оптики. Однак тiльки при внутрiшнiй селекцiї можна досягти "чистого" видiлення необхiдної моди, а вихiдна потужнiсть при цьому зменшується лише на кiлька вiдсоткiв. Розглянемо деякi способи внутрiшньої селекцiї поперечних i поздовжнiх типiв коливань оптичного резонатора.

42. Селекція мод у відкритих резонаторах. Пояснення селекції подовжніх та поперечних мод, приклади реалізації.

Розрiзняють селекцiю поперечних (кутову) та аксіальних (частотну) типiв коливань. Це роздiлення базується на тому, що селекцiя поперечних мод визначається змiною поперечної структури, а поздовжнiх мод – вiдмiннiстю за частотою [27], [45], [50], [54]. Також можна видiлити широкосмугову селекцiю за допомогою поглиначiв та вузькосмугову селекцiю за допомогою рiзних дисперсiйних елементiв, селективних та зв’язаних резонаторiв.

Для селекцiї основної поперечної моди в лазерах зi стiйким резонатором можна використовувати апертурнi дiафрагми. Оскiльки випромiнювання основної моди бiльшою мiрою концентроване уздовж осi резонатора, то пiдбором дiафрагми можна домогтися стiйкої селекцiї основної моди. При цьому iснує

оптимальний дiаметр, який забезпечує одночасно селекцiю та максимальну потужнiсть генерацiї основної моди. За невиконання умови R a R d /L ∼ 0, 3 (де R a , R d – вiдповiдно радіуси активного елемента й отвору дiафрагми; L – довжина активного елемента) будуть спостерiгатися значнi втрати потужності й в основному типi коливань [19], [27], [54].

Загальнi принципи частотної селекцiї коливань докладно

наведенi в [45], [27], [54], [50]. У них видiляються три типи ча- стотної селекцiї в лазерах.

Селекцiя першого типу забезпечує генерацiю тiльки на одному переходi активного елемента, пригнiчуючи iншi небажанi переходи.

При селекцiї другого типу генерацiя реалiзується у більш вузькiй смузi частот у межах ширини лiнiї люмiнесценцiї активного елемента. Цей тип може використовуватися для перебудови частоти випромiнювання генерацiї.

Третiй тип селекцiї – селекцiя поздовжнiх мод, що забезпечує генерацiю окремої спектральної лiнiї резонатора, або одночастотний режим резонатора.

Селекцiя першого типу , за необхiдностi, легко досягається використанням дзеркал iз вiдбивним дiелектричним покриттям, якi розраховуються на роботу в необхiдному спектральному дiапазонi. Селекцiя вузьких спектральних дiапазонiв або окремих мод вимагає спецiальних методiв [27], [45], [50], [54].

Для реалiзацiї селекцiї другого та третього типiв досить, щоб ширина лiнiї пiдсилення на обраному рiвнi пiдсилення вiдповiдала необхiдному частотному дiапазону, наприклад пiд час використання внутрiшньорезонаторного еталону Фабрi - Перо [27],

[45], [49], [54].