Оптический резонатор

Для превращения сверхлюминисценции в генерацию лазерного излучения необходимо наличие положительной обратной связи, осуществляемой за счет оптического резонатора. Простейший оптический резонатор состоит из двух плоских зеркал, расположенных параллельно друг другу (см. рис. 15.3).

Рис. 15.3

Между этими зеркалами расположена активная среда, находящаяся в состоянии с инверсией населенности.

Фотоны, испущенные под углом к оси резонатора, порождают лишь короткие вспышки сверхлюминисценции. Фотоны, испущенные вдоль оси резонатора, многократно проходят через активную среду за счет отражений от зеркал. При этом они вызывают вынужденное излучение, которое увеличивает интенсивность световой волны. В наиболее благоприятных условиях находятся те фотоны, для которых выполняются условия возникновения стоячих волн.

Стоячие электромагнитные волны в оптическом резонаторе возникают при выполнении условия, аналогичного условию возникновения стоячих волн в струне, закрепенной с двух концов (Ч. 3, лекции N 6, § 5), т.е.:

здесь l - расстояние между зеркалами; n - целое число; λ_n - резонансная длина волны.

В оптическом резонаторе l >> λ, поэтому целое число n принимает большие значения. При этом в пределах естественной ширины спектральной линии оказываются несколько резонансных длин волн - несколько мод оптического резонатора. Эту ситуацию иллюстрирует следующий рисунок, где изображена зависимость интенсивности излучения I от частоты ω для активной среды, находящейся в оптическом резонаторе.

Рис. 15.4

Существуют способы выделения одной из мод и подавления остальных. Такой одномодовый режим генерации позволяет достичь наивысшей когерентности излучения.

Таким образом, оптический резонатор формирует лазерное излучение, направленное строго по оси резонатора и обладающее высокой степенью когерентности.

Для того, чтобы выпустить лазерное излучение из резонатора, одно из зеркал делают полупрозрачным.