Часть оптического резонатора, позволяющая излучать внутрирезонаторный свет.
Основные компоненты лазера:
Активная лазерная среда
Энергия лазерной накачки
Высокий отражатель
Выходной соединитель
Лазерный луч
В лазерной науке выходной ответвитель ( OC ) является компонентом оптического резонатора , который позволяет извлекать часть света из внутрирезонаторного луча лазера . Выходной ответвитель чаще всего состоит из частично отражающего зеркала , позволяющего определенной части внутрирезонаторного луча проходить через него. Другие методы включают использование почти полностью отражающих зеркал на каждом конце резонатора, испускающих луч либо путем фокусировки его в небольшое отверстие, просверленное в центре одного зеркала, либо путем перенаправления с помощью вращающихся зеркал, призм или других оптических устройств, заставляя луч обходить одно из конечных зеркал в заданное время.
Частично отражающее зеркало
Диэлектрический выходной соединитель для лазера на красителе. С центром на 550 нм левая фотография показывает его высокую отражательную способность для желтого света и высокую пропускающую способность для красного и синего света. Правая фотография показывает, что он отражает 75% лазерного луча и пропускает 25%, хотя луч кажется ярче при движении к наблюдателю, чем при движении от него.Выходной соединитель гелий-неонового лазера 594 нм
В наиболее распространенной форме выходной соединитель состоит из частично отражающего зеркала , иногда называемого светоделителем . Отражательная способность и пропускаемость зеркала обычно определяются усилением лазерной среды . В некоторых лазерах усиление очень низкое, поэтому луч должен сделать сотни проходов через среду для достаточного усиления. В этом случае выходной соединитель может иметь отражательную способность до 99%, пропуская только 1% используемого луча резонатора. Лазер на красителе имеет очень высокий коэффициент усиления по сравнению с большинством твердотельных лазеров, поэтому лучу нужно сделать всего несколько проходов через жидкость, чтобы достичь оптимального усиления, поэтому выходной соединитель обычно имеет отражательную способность около 80%. В других, таких как эксимерный лазер , 4% отражательной способности непокрытого стекла достаточно для зеркала, пропускающего почти 96% внутрирезонаторного луча.
Лазеры работают, отражая свет между двумя или более зеркалами, между которыми находится активная лазерная среда . Среда усиливает свет с помощью вынужденного излучения . Для возникновения лазерной генерации усиление активной среды должно быть больше общих потерь, которые включают в себя как нежелательные эффекты, такие как поглощение , излучение в направлениях, отличных от пути луча, так и преднамеренное высвобождение энергии через выходной соединитель. Другими словами, лазер должен достичь порога .
Выходной соединитель обладает тремя важными свойствами:
Радиусы кривизны
Форма поверхности выходного ответвителя, наряду с формой высокого отражателя, определяют устойчивость оптической полости. Выходной ответвитель может быть как плоским, так и изогнутым , в зависимости от конструкции оптической полости. Радиусы кривизны обычно определяются типом желаемой полости (т. е.: плоскость/плоскость, концентрическая, конфокальная и т. д.), а также диаметром и длиной полости. Лицевая сторона выходного ответвителя, обращенная в полость, является стороной с нанесенным частично отражающим покрытием. Это сторона, которая частично определяет модальные свойства лазера. Если эта внутренняя поверхность изогнута, то такой же должна быть и внешняя поверхность. Это остановит работу OC в качестве линзы. Кривизна внешней поверхности может быть спроектирована так, чтобы обеспечить коллимированный выход лазера. Эта внешняя поверхность обычно имеет антибликовое покрытие, нанесенное для максимизации выходной мощности. Чтобы минимизировать потери, улучшить профиль пучка и максимизировать когерентность, форма поверхности обычно изготавливается с очень высокими инженерными допусками , сводя к минимуму любое отклонение от идеальной поверхности. Эти отклонения обычно настолько малы, что их измеряют в длинах волн света с помощью таких устройств, как интерферометры или оптические плоскости . Обычно выходной соединитель лазера изготавливается с допусками в пределах λ/10 (одна десятая длины волны света) или лучше.
В зависимости от усиления среды количество света, которое OC должен отразить обратно, может сильно различаться. Гелий-неоновые лазеры требуют около 99% отражающего зеркала для генерации, в то время как азотные лазеры имеют чрезвычайно высокий коэффициент усиления (они « сверхизлучающие ») и не требуют никакого OC (0% отражения). Отражательная способность любого OC будет меняться в зависимости от длины волны . Зеркала с металлическим покрытием обычно имеют хорошую отражательную способность в широкой полосе пропускания, но могут не покрывать всю часть спектра. Серебро имеет до 99,9% отражательной способности в видимом диапазоне, но является плохим отражателем ультрафиолета. Алюминий плохо отражает инфракрасное излучение, но является хорошим отражателем от видимого диапазона до ближнего УФ, тогда как золото хорошо отражает инфракрасный свет, но плохо отражает длины волн короче желтого. Диэлектрическое зеркало может иметь диапазон настройки всего 10 нм, если оно разработано для определенной длины волны, или может быть разработано с широким диапазоном, охватывающим до 100 нм, для перестраиваемых лазеров . По этой причине спектральные свойства OC важно учитывать при сборке лазерного резонатора.
Материал, используемый в качестве подложки зеркала, также является важным фактором. Большинство стекол имеют хорошую пропускаемость от ближнего УФ до ближнего ИК, но лазеры, которые излучают в более коротких или длинных волнах, могут потребовать другую подложку. Например, селенид цинка обычно используется в лазерах на углекислом газе из-за его высокой пропускаемости в инфракрасном диапазоне.
Опрокидыватель полости
Резонаторный гаситель — это выходной соединитель, который выполняет функцию добротного переключателя . Он позволяет энергии накапливаться в оптической полости, а затем высвобождает ее через определенное время. Это позволяет лучу накапливаться до высоких уровней, а затем высвобождаться за очень короткое время; часто в течение времени, которое требуется световой волне, чтобы завершить один круговой обход полости, отсюда и название. После накопления интенсивности полость внезапно «сбрасывает» свою энергию. Резонаторные гасители обычно используют высокоотражающее зеркало на каждом конце полости, позволяя лучу получить полное усиление от среды. Через определенный интервал луч перенаправляется с помощью такого устройства, как ячейка Поккельса , акустооптический модулятор или быстро вращающаяся призма или зеркало. Этот перенаправленный луч обходит конечное зеркало, позволяя испускать очень мощный импульс. Резонаторные гасители могут использоваться для работы в непрерывном режиме, но чаще всего они используются с лазерами с синхронизацией мод для извлечения очень короткого импульса при его пиковой интенсивности. [1]
