Распределенная обратная связь.

Предположим, что показатель преломления активного элемента пространственно промодулирован в направлении его оптической оси (оси ):

причем период пространственной модуляции Л по порядку величины равен длине волны излучения. В этом случае имеет место так называемая распределенная обратная связь, позволяющая осуществлять генерацию без применения резонатора с отражающими зеркалами.

Принцип распределенной обратной связи основан на использовании явления брэгговского отражения световых волн от периодической структуры, образующейся внутри активного элемента в результате пространственной модуляции его показателя преломления. На рис. 2.100 штриховыми линиями выделены условные отражающие плоскости периодической структуры; расстояние между соседними плоскостями равно периоду пространственной модуляции . Рассматривается отражение назад световых волн, падающих нормально на выделенную систему плоскостей. Взаимное усиление отраженных волн будет иметь место при условии

где показатель преломления активного элемента; целые числа (практически следует учитывать лишь Условие (2.15.27) и есть условие брэгговского отражения в рассматриваемом случае.

Таким образом, вместо отражения световых волн от зеркал резонатора, помещаемых вблизи торцов активного элемента (или на самих торцах), можно использовать эффект брэгговского отражения световых волн на периодической структуре внутри активного элемента по всей длине. В результате возникает высокоселективная по длине волны обратная связь — так называемая распределенная обратная связь (сокращенно РОС). РОС-лазер генерирует излучение с длинами волн К, значения которых удовлетворяют условию (2.15.27) и находятся в пределах ширины линии усиления.

Заметим, что структуры с регулярными неоднородностями, имеющими период, сравнимый с длиной электромагнитной волны, широко используются для усиления и генерации излучения в диапазоне СВЧ (см., например, [791); такие структуры могут быть изготовлены относительно просто, поскольку их период составляет примерно 1—10 мм. В диапазоне рентгеновского излучения соответствующие периодические структуры предусмотрены самой природой; это — кристаллическая решетка. Что же касается оптического диапазона, то в этом случае требуются периодические структуры с периодом порядка 1 мкм. Возможность практической реализации таких структур появилась лишь в 70-х годах в связи с развитием технологии микроэлектроники, на основе использования тонкопленочных оптических волноводов. Первый РОС-лазер был создан в 1971 г. [81]. Принципы и особенности работы таких лазеров рассматриваются, в частности, в [82—84, 73].

Пространственная модуляция показателя преломления активного элемента — это лишь один из способов реализации РОС-лазера. Другие способы основаны на пространственной модуляции коэффициента усиления или на модуляции геометрических параметров (поперечного сечения активного элемента). Вопросы практической реализации

Рис. 2.100

Рис. 2.101

различных способов создания РОС в оптическом диапазоне рассматриваются, в частности, в [83].