Преимущества волноводных резонаторов.

Применяя волноводный резонатор, можно избежать искажения формы волнового фронта излучения тепловой линзой активного элемента. Эту возможность хорошо иллюстрирует рис. 2.90, на котором изображен волноводный резонатор половинного типа с модой Тепловая линза предполагает зависимость показателя преломления от поперечной координаты . Рассмотрим тонкий слой активной среды, ограниченный плоскостями у и см. рисунок). Легко видеть, что любой световой луч в моде дважды пересекает указанный слой, проходя в нем один и тот же путь, оптическая длина которого равна (на рисунке показаны три световых луча: 1, 2, 3). Положение слоя по оси у выбрано произвольно; поэтому если разбить весь активный элемент на тонкие параллельные слои, то сделанное выше замечание о равенстве оптических путей для всех световых лучей в моде будет справедливо для каждого слоя, а следовательно, и для активного элемента в целом. Иначе говоря, в случае, изображенном на рис. 2.90, каждый световой луч в волноводной моде проходит в активном элементе оптический путь одной и той же длины. Отсюда следует, что тепловая линза активного

Рис. 2.90

элемента не может в данном случае исказить волновой фронт светового пучка.

Отметим, что в волноводных резонаторах можно подобрать такие комбинации волноводных мод, которые оказываются нечувствительными не только к тепловой линзе, но и к иным термическим искажениям активного элемента (например, к изгибу активного элемента, вызванному тепловым расширением). Во всех случаях удается добиться взаимной компенсации изменений волнового фронта светового пучка, происходящих в процессе его распространения по деформированному активному элементу.

Преимущество волноводного резонатора перед обычным плоскопараллельным резонатором демонстрирует рис. 2.91 [12], где представлены две экспериментальные кривые, выражающие зависимость выходной мощности лазера от числа вспышек лампы накачки; кривая 1 относится к обычному резонатору, а кривая 2 — к волноводному (в обоих случаях активный элемент не охлаждался, что приводило к быстрому нагреву). Из рисунка видно, что если в случае обычного резонатора термические искажения относительно быстро приводят к срыву генерации, то в случае волноводного резонатора имеет место сравнительно медленный спад кривой (заметим, что этот спад определяется отнюдь не термическими искажениями элемента, а ухудшением его генерационных характеристик с повышением температуры).

Исследования лазеров с волноводными резонаторами обнаружили высокие селектирующие свойства этих резонаторов, причем как в отношении селекции поперечных мод, так и в отношении частотной селекции. Практически

Рис. 2.91

во всех вариантах волноводного резонатора наблюдается одночастотный режим генерации (селектируется центральная продольная мода). Исследования волноводного лазера на иттрий-алюминиевом гранате с неодимом [71] показали, что одночастотный режим генерации имеет место вплоть до мощностей накачки, при которых разрушается кристалл. В этом же лазере наблюдалась генерация одной поперечной моды; число Френеля при этом превышало .