2.3.5. Трехзеркальный резонатор

До сих пор мы рассматривали поля излучения в простейших открытых резонаторах, а именно в двухзеркальных резонаторах.

Часто, однако, в лазерной физике и особенно при генерации ультракоротких световых импульсов оказывается необходимым применять более сложные схемы.

Так, может понадобиться, чтобы в различных местах лазерного резонатора световой пучок стягивался в перетяжки различных заданных диаметров.

Рис. 2.12. Трехзеркальный резонатор лазера на красителе с непрерывной накачкой. Показаны только оптические осн пучка накачки и лазерного пучка. Активным материалом служит свободно текущий раствор красителя (струя), находящийся в месте перетяжки обоих пучков. Для получения определенного направления поляризации при возможно малых потерях струя располагается по отношению к лазерному пучку под углом Брюстера. Зеркала имеют относительно малые, обычно равные радиусы кривизны. Расстояния между зеркалами обозначены Расстояние от перетяжки лазерного пучка до зеркала обозначено

Такой случай может, например, реализоваться, если в резонатор кроме активного вещества поместить некоторый структурный элемент, свойства которого сильно зависят от напряженности светового поля. Таким элементом может служить насыщающийся поглотитель (см. гл. 6, 7). Особенно важную роль играет применение многозеркального резонатора в лазерах на красителях с непрерывной накачкой. Для оптимального использования заданных средних мощностей накачки и для достижения требуемых высоких интенсивностей возбуждения необходимо, чтобы пучок накачки и лазерный пучок имели равные перетяжки очень малого диаметра и совпадали друг с другом. Для того чтобы это требование выполнялось, в лазере на красителе часто используется трехзеркальный резонатор (рис. 2.12). Можно представить себе, что трехзеркальный резонатор получается из двухзеркального резонатора путем замены выходного зеркала комбинацией зеркал Такая комбинация зеркал порождает сильное стягивание лазерного пучка в активной среде. Зеркало кроме того, создает фокусировку пучка накачки в активной среде. Зеркало должно иметь малую кривизну или быть плоским; расстояние велико по сравнению с

С помощью описанной теории гауссова пучка можно точно найти положение и вычислить размеры перетяжки. Это сделано в работе [2.3], причем сначала была исследована стабильность

лазерного резонатора на основе рассмотрения эквивалентного двухзеркального резонатора. Стабильность достигается, когда расстояние между зеркалами лежит внутри области следующих предельных значений:

где

и

Следовательно, область стабильности имеет следующую протяженность:

В частности, при имеем

Для расстояния перетяжки лазерного пучка от зеркала получаем

где

и

Радиус этой перетяжки можно вычислить по формуле

Как объяснено в подписи к рис. 2.12, плоская струя красителя наклонена под углом Брюстера. Вследствие того что излучение пронизывает струю с оптической толщиной наклонно, лазерный пучок претерпевает астигматическую деформацию. Отклоняющее зеркало с радиусом кривизны вызывает

астигматическое искажение противоположного знака, благодаря чему становится возможной компенсация астигматизма. Для этого требуется выполнение условия

т. е. необходим требуемый угол наклона. В таких резонаторах с коррекцией на астигматизм могут получаться гауссовы пучки хорошего качества с перетяжками, имеющими диаметр порядка 10 мкм при почти полном перекрывании с пучком накачки.