5.3.4. Перестройка частоты генерации лазера

Ширина линии усиления некоторых лазеров (например, лазеров на красителях или вибронных твердотельных лазеров) является очень большой и может возникнуть необходимость перестройки длины волны выходного излучения от центра линии в пределах всей доступной ширины линии. В некоторых других случаях лазеры обладают усилением на более чем одном переходе (например, -лазер), из которых, как правило, генерирует самый сильный и может возникнуть потребность в перестройке длины волны лазера в сторону от самой сильной линии. В обоих этих случаях обычно применяют селективный по длинам волн элемент типа дисперсионной призмы (рис. 5.4, а) или дифракционной решетки (рис. 5.4,б) по так называемой схеме Литтрова. Для данного угла поворота призмы или решетки существует только одна длина волны на каждом рисунке), которая отражается назад в резонатор. Поэтому перестройка осуществляется вращением решетки в конфигурации рис. 5.4, б или вращением призмы либо зеркала 2 в конфигурации рис. 5.4, а.

Третий селективный по длинам волн элемент, пользующийся все большей популярностью, использует двулучепреломляющий фильтр, помещенный внутрь резонатора лазера. Фильтр представляет собой пластинку подходящего двулучепреломляющего кристалла (например, кварца в видимой области), наклоненную по отношению к пучку под углом Брюстера (рис. 5.5). Оптическая ось кристалла А лежит в плоскости, параллельной поверхности пластинки. Предположим вначале, что по обе

Рис. 5.4. Использование дисперсионных свойств призмы (а) и дифракционной решетки (б) для перестройки длины волиы лазерной генерации.

стороны двулучепреломляющей пластинки на оптической оси расположены также два поляризатора. Будем считать, что оба поляризатора ориентированы таким образом, чтобы пропускать только пучок, вектор электрического поля которого лежит в плоскости падения пучка на пластинку. При этом пучок на входе в пластинку не будет испытывать потерь на отражение, поскольку она наклонена под углом Брюстера. Если оптическая ось не перпендикулярна и не параллельна плоскости падения, то падающий пучок будет содержать как обыкновенную, так и необыкновенную компоненты (см. также разд. 8.4.1.1), которые претерпевают различный фазовый сдвиг, поскольку показатель преломления обыкновенного луча отличается от показателя преломления необыкновенного луча .

Рис. 5.5. Двулучепреломляющий фильтр в качестве селективного (по длинам волн) элемента.

В частности, в кварце первый из них меньше, чем второй. Проходя через пластинку, обе компоненты складываются, образуя результирующее поле с эллиптической поляризацией, если только разница в фазовых сдвигах не равна в точности целому числу, умноженному на Тогда наличие поляризатора 2 приведет к потерям для этого эллиптически поляризованного пучка. Предположим теперь, что разница в фазовых сдвигах равна целому числу, умноженному на т. е. что

где — длина волны пучка, — толщина пластинки в направлении пучка, а — целое число. В этом случае поляризация пучка останется после его прохода через пластинку неизменной, так что пучок не будет испытывать потерь в поляризаторе 2 и, следовательно, не будет испытывать потерь при проходе всей системы на рис. 5.5. Выбирая затем подходящее значение (для данного можно сделать так, что для данной длины волны лазера равенство (5.47а) выполняется. Перестройку длины волны, соответствующей максимуму пропускания, можно теперь осуществлять путем вращения пластинки вокруг нормали

к поверхности. Действительно, при этом изменяется значение которое зависит от угла между оптической осью и вектором электрического поля, и, следовательно, изменяется длина волны, при которой выполняется равенство (5.47а). Толщина пластинки (равная обычно мм) определяет ширину перестроечной кривой, т. е. разрешающую силу. Чем тоньше пластинка, тем шире доступная область перестройки и ниже разрешающая сила. Наконец, заметим, что в лазерах с малым усилением, таких, как непрерывные газовые лазеры или лазеры на красителях, можно обойтись без двух поляризаторов, если остальные поляризующие компоненты, такие, как окна Брюстера лазерной трубки, обеспечивают достаточную дискриминацию по потерям между двумя поляризациями.