2.2. Онтический резонатор и лазерное излучение (начальные сведения)

Оптимальный коэффициент полезных потерь.

Из (2.1.9) следует, что для увеличения ген достаточно снизить потери в резонаторе (уменьшить сумму . В частности, можно снизить уровень полезных потерь. Для этого надо, согласно (2.1.8), увеличить Однако чрезмерное увеличение коэффициента отражения зеркал резонатора невыгодно, поскольку с уменьшением падает доля генерируемого излучения, представляющая собой лазерное излучение; эта доля определяется отношением учетом (2.1.9) мощность лазерного излучения описывается выражением

С уменьшением уменьшается но растет множитель Следовательно, должно существовать оптимальное значение коэффициента полезных потерь обеспечивающее максимальную величину выходной мощности.

Обычно рассматривают не выходную мощность а плотность выходящего из резонатора светового потока Величины и связаны простым соотношением

где — площадь поперечного сечения светового пучка (для простоты полагаем ее равной площади поперечного сечения активной среды).

С учетом сделанного замечания перепишем (2.2.1) в виде

Рис. 2.5

На рис. 2.5 показана зависимость от определяемая выражением (2.2.3). Пороговое значение коэффициента полезных потерь равно Чтобы найти продифференцируем функцию и приравняем производную нулю. Находим

При этом

Таким образом, для заданных значений существует оптимальное значение коэффициента полезных потерь, определяемое выражением (2.2.4); ему соответствует максимальная плотность выходного светового потока, описываемая формулой (2.2.5). Дальнейшее увеличение требует увеличения и уменьшения

Предположим, что лазерное излучение выходит через одно из зеркал резонатора, тогда как другое зеркало является полностью отражающим. Исходя из (2.2.4) и (2.1.8), находим оптимальный коэффициент отражения выходного зеркала резонатора

При достаточно высоком коэффициенте усиления, каким характеризуются, например, неодимовые лазеры с импульсной накачкой, может быть относительно низким (10 - 20%). В случае же гелий-неонового лазера, где коэффициент усиления мал, достигает 99%. Для реализации столь высоких значений коэффициента отражения применяют многослойные диэлектрические зеркала, получаемые при нанесении на подложку (путем напыления) нескольких тонких диэлектрических слоев, имеющих оптическую толщину, равную четверти длины волны излучения, и различающихся показателем преломления

Если оба зеркала резонатора являются выходными зеркалами, то вместо (2.2.6) имеет место соотношение

Пусть — плотность потока, выходящего из зеркала с коэффициентом отражения — из зеркала с Можно показать что