Бурение грунтовых зондов, установка энергетических колодцев

Открытые резонаторы, применяемые для создания обратной связи в лазерах, обычно представляют собой сочетание двух, трех или четырех отражателей (зеркал или призм полного внутреннего отражения), направляющих излучение либо по ли­нейному или линейно-ломаному пути (линейные резонаторы), либо по замкнутому контуру, образующему треугольник или четырехугольник (кольцевые резонаторы). Примеры таких кон­фигураций показаны на рис. 23.

Длина всего резонатора или его отдельного линейного уча­стка (плеча) для разных типов и вариантов конструкции ла­зеров может составлять от долей миллиметра до нескольких метров. Зеркала могут иметь как плоские, так и сферические поверхности. Большой диапазон размеров и разнообразие кон­фигураций резонаторов приводят к тому, что и параметры их (вносимые оптические потери и возможные типы колебаний) могут сильно различаться.

Типы колебаний (моды). В резонаторах распространяются поперечные электромагнитные волны, электрический и магнит­ный векторы которых взаимно ортогональны и лежат в пло­скости, перпендикулярной к направлению распространения. Такие волны принято обозначать буквами ТЕМ (от слов trans­verse electromagnetic — поперечная электромагнитная). Раз­личные типы колебаний отличаются распределением поля вдоль оси резонатора и по ортогональным к ней направлениям. Для

Рис. 23.

Примеры конфигураций открытых резонаторов

классификации этих типов колебаний (их называют модами) вводят три индекса, последний из которых определяет продоль­ное (аксиальное, т. е. осевое) распределение поля, а первые два — поперечное распределение. В общем случае конкретный тип колебания обозначается как «волна TEMmng».

Индекс q соответствует длине резонатора при полном его обходе, выраженной в длинах волн X (напомним, что по усло­вию генерации, выраженному формулой (3.2), это число должно быть целым). Физически для линейного резонатора, в котором образуется стоячая электромагнитная волна, число q означает число пучностей поля этой волны на длине резонатора. Обычно длина резонатора велика по сравнению с длиной волны и число q велико (103—107). Индексы /пип показывают, сколько раз меняется знак поля в радиальном и азимутальном направлении (для случая зеркал круглой формы). Примеры распределения поля в плоскости, ортогональной направлению распростране­ния, для волн низших типов (значения т и п от 0 до 2) пока­заны на рис. 24. Чаще всего при создании лазеров стремятся — если это возможно — получить волну низшего типа (моду ТЕМоод, обычно обозначаемую просто ТЕМ00). Для которой напряженность поля в радиальном направлении монотонно убывает от центра к периферии.

Потери в резонаторе и его устойчивость. Потери в резона­торе определяются поглощением и рассеянием в его элементах и заполняющей резонатор среде (в том числе активной), пара­зитными отражениями от границ раздела сред с различным по­казателем преломления, а также дифракцией. Дифракционные потери сильно зависят от конфигурации резонатора. Физиче­ский смысл этих потерь заключается в том, что размеры попе­речного сечения резонатора (например, диаметры зеркал) оп­ределяют расходимость пучка излучения за счет дифракции на краях апертуры этого сечения (краях зеркал), и вследствие ко­

нечной расходимости часть энергии при каждом обходе волной резонатора выходит за его пределы и теряется. При некоторых конфигурациях, например в случае применения сферических зеркал, обращенных выпуклостью внутрь резонатора, доля энер­гии, выходящей за пределы резонатора при каждом его об­ходе, оказывается весьма значительно, такие резонаторы при­нято называть неустойчивыми — в противоположность устойчи­вым резонаторам, обладающим малыми дифракционными по­терями.

Во многих случаях, когда усиление активной среды, нахо­дящейся в резонаторе, невелико, приходится всеми доступными методами снижать потери. Для этого выбираются устойчивые конфигурации резонаторов, обеспечивается максимально воз­можный коэффициент отражения зеркал на выбранной длине волны (в частности, применяются многослойные диэлектриче­ские зеркала) и минимизируются потери, вызываемые паразит­ными отражениями (например, на торцы твердотельного актив­ного элемента наносятся интерференционные антиотражающие покрытия, называемые иногда «просветляющими»).

Простейший двухзеркальный резонатор с потерями, обеспе­чивающими генерацию низшего поперечного типа колебаний, является системой с большим (в пределе — бесконечным) чис­лом дискретных резонансов, наступающих на длинах волн, оп­ределяемых соотношением (3.2). Нетрудно показать, что ча­стотный интервал между соседними резонансами должен удов­летворять условию

Л’=1Г — <3-3>

здесь с — скорость распространения волны в резонаторе; L — его длина.

Если активная среда способна усилить колебания в ши­роком диапазоне частот, превышающем величину Av = ——,

2L

условие генерации может выполняться для целого ряда резо­нансных длин волн, соответствующих условию А, = -2к. и попа­’ я

дающих в полосу усиления активной среды. Такая ситуация возникает на практике очень часто, и лазер тогда может гене­рировать одновременно множество колебаний с одинаковым поперечным распределением поля (так называемых продоль­ных мод), различающихся по частоте (длине волны). Если необходимо при широкой полосе усиления активной среды вы­делить одну продольную моду и обеспечить, таким образом, ге­нерацию лазера на единственной частоте (одночастотную гене­рацию), то этого можно добиться применением специальных методов селекции (например, использованием многозеркальных резонаторов или введением в двухзеркальный резонатор допол-

нительного селектирующего элемента с избирательной частот­ной характеристикой, ширина которой меньше частотного ин­тервала между соседними модами основного резонатора).

Лазеры на ионных кристаллах и стеклах

Термином «твердотельные лазеры» или «лазеры на твердом теле» обычно обозначают лазеры, активной средой которых служат кристаллические или аморфные вещества, по своей электрической проводимости относящиеся к классу диэлектри­ков. Лазеры на твердых полупроводниковых материалах, как уже упоминалось на стр. 95, относят к отдельному классу полу­проводниковых лазеров.

Рассмотрим наиболее пригодные для дальнометрии твердо­тельные лазеры.

Комментарии запрещены.