тупних параметрів:
) розподіл інтенсивності в залежності від довжини хвилі;
) геометричному розподілі інтенсивності випромінювання в резонаторі.
Обидві ці характеристики відносяться до поняття мод. Лазерні моди - це власні частоти лазерного резонатора. У першому випадку говорять про поздовжні модах, у другому - про поперечних модах.
Поздовжні моди .
В оптичному резонаторі, як і у всякому іншому резонаторі, можуть бути порушені тільки власні коливання, у яких ціле число півхвиль точно збігається з геометричною довжиною резонатора.
Таким чином, для лазерного резонатора повинно виконуватися співвідношення:
* l/2=L,
де n=1,2,3 ... l - довжина хвилі, L - довжина резонатора.
У лазерних резонаторах n дуже велике, а різниця за частотою між двома сусідніми поздовжніми модами становить:
=c/2L
так, при довжині резонатора 0,5 м відстань між сусідніми модами становить=300 МГц. З великої кількості можливих власних частот оптіче6ского резонатора збуджуються тільки ті, які лежать в межах контуру посилення і смуги пропускання резонатора. Тільки для цих частот посилення перевищує втрати, і досягається генерація лазерного випромінювання там, де посилення всередині доплеровской смуги більше, ніж втрати, осьова мода дає лазерне випромінювання.
Кількість генеруються осьових власних частот в основному визначається відношенням доплеровской смуги до межмодовую інтервалу с/2 L _. Щоб бути впевненим у тому, що самовозбуждается лише одна єдина частота, слід вибрати L lt; c/2 D. Для активного середовища газового лазера з типовими доплеровской смугою уширения D=1,6 * 10 9 гц потрібно, отже, вибрати довжину резонатора L менше 15 см.
Поперечні електромагнітні моди.
Крім поздовжніх, мод існують ще поперечні електромагнітні моди (TEM ln) ці моди описують просторовий розподіл інтенсивності випромінювання в резонаторі. Нижча мода - основна мода TEM 00. Для більш високих мод, значення l і/або n відрізняється від нуля. При генерації довільної поперечної моди лазерний пучок розщеплюється на l + 1ілі n + 1 променя.
Обговорення променевої діаграми в конфокальную резонаторах найдоцільніше провести у відношенні основної поперечної моди TEМ00, оскільки її польове розподіл описується простий гауссовой функцією.
В області z '= 0 є характерне звуження, так звана перетяжка пучка raquo ;. Її радіус у разі основної моди має просте наочне значення: він являє собою відстань від осі пучка, на якому інтенсивність випромінювання зменшується в е раз і може розглядатися як радіус моди .
З збільшенням відстані від перетяжки діаметр пучка збільшується згідно співвідношенню:
(z)=W 0 (1+ z 2) 1/2; z =2z/b
У площині дзеркал діаметр моди збільшується в раз. Кут розходження? може бути інтерпретований, як кут дифракції на апаратурі з діаметром d 0, відповідним перетяжки пучка. Кут? розраховується за наступною формулою:
? =2? /? d 0
При неконфокальних резонаторах дані співвідношення зберігаються, але математичний опис ускладнюється.
Зокрема випромінювання, що генерується ексимерних лазерів, при застосуванні плоскопараллельних резонаторів згідно [21], володіє расходимостью порядку ~ 10 - 2 - 10 - 3 радий і шириною спектру порядку ~ 0,1- 0,5 нм.
Для поліпшення якості лазерного пучка (просторової і часової когерентності) використовують різні дисперсійні резонатори і нестійкі резонатори.
4.2 Формування расходимости вихідного випромінювання при використанні різних типів резонаторів
Для поліпшення просторової когерентності лазерного випромінювання використовуються різні методи формування якісного пучка.
Для малоапертурних лазерів з метою зменшення расходимости вихідного випромінювання використовується метод зменшення числа Френеля.
Кількість Френеля дається наступним виразом [22]:
, (47)
де а 1, а 2 - діаметри дзеркал;
?- Довжина хвилі випромінювання; - довжина резонатора;
Зменшення числа Френеля можна досягти зміною геометричних розмірів резонатора або диафрагмированием випромінювання рисунок 11 а). При такому способі селекції можна досягти расходимости вихідного випромінювання близької до дифракційну межу при малому рівні паразитного шуму. Крім того, в даній схемі просто здійснюється звуження ширини спект...
