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 ) — это компонент оптического резонатора , который позволяет извлекать часть света из внутрирезонаторного луча лазера . Выходной ответвитель чаще всего состоит из частично отражающего зеркала , позволяющего проходить определенной части внутрирезонаторного луча. Другие методы включают использование почти полностью отражающих зеркал на каждом конце резонатора, излучающих луч либо путем фокусировки его в небольшое отверстие, просверленное в центре одного зеркала, либо путем перенаправления с помощью вращающихся зеркал, призм или другие оптические устройства, заставляющие луч обходить одно из торцевых зеркал в определенный момент времени.
Частично отражающее зеркало
Диэлектрический выходной разветвитель для лазера на красителе. Левая фотография с центром на длине волны 550 нм демонстрирует его высокую отражательную способность для желтого света и высокий коэффициент пропускания красного и синего света. На правом фото видно, что он отражает 75% лазерного луча и пропускает 25%, хотя при движении к наблюдателю луч кажется ярче, чем при удалении.Выходной элемент связи гелий-неонового лазера с длиной волны 594 нм
В своей наиболее распространенной форме выходной ответвитель состоит из частично отражающего зеркала , иногда называемого светоделителем . Коэффициент отражения и пропускания зеркала обычно определяется коэффициентом усиления лазерной среды . В некоторых лазерах коэффициент усиления очень мал, поэтому для достижения достаточного усиления луч должен совершить сотни проходов через среду. В этом случае выходной ответвитель может иметь коэффициент отражения до 99%, пропуская только 1% используемого луча резонатора. Лазер на красителях имеет очень высокий коэффициент усиления по сравнению с большинством твердотельных лазеров, поэтому луч должен сделать всего несколько проходов через жидкость, чтобы достичь оптимального усиления, поэтому выходной ответвитель обычно имеет коэффициент отражения около 80%. В других, таких как эксимерный лазер , коэффициент отражения стекла без покрытия 4% обеспечивает достаточное зеркало, пропускающее почти 96% внутрирезонаторного луча.
Лазеры работают путем отражения света между двумя или более зеркалами, между которыми находится активная лазерная среда . Среда усиливает свет за счет стимулированного излучения . Для возникновения генерации усиление активной среды должно быть больше, чем общие потери, которые включают в себя как нежелательные эффекты, такие как поглощение , излучение в направлениях, отличных от траектории луча, так и преднамеренное выделение энергии через выходной ответвитель. Другими словами, лазер должен достичь порога .
Выходной преобразователь имеет три важных свойства:
Радиусы кривизны
Форма поверхности выходного ответвителя, а также форма высокого отражателя определяют стабильность оптического резонатора. Выходной разветвитель может быть как плоским, так и изогнутым , в зависимости от конструкции оптического резонатора. Радиусы кривизны обычно определяются типом желаемой полости (т. е.: плоскость/плоскость, концентрическая, конфокальная и т. д.), а также диаметром и длиной полости. Лицо выходного ответвителя, обращенное в резонатор, является стороной с нанесенным частично отражающим покрытием. Именно эта сторона частично определяет модальные свойства лазера. Если эта внутренняя поверхность изогнута, то такой же должна быть и внешняя поверхность. Это остановит работу OC в качестве объектива. Кривизна внешней поверхности может быть спроектирована так, чтобы обеспечить коллимированный выходной сигнал лазера. Эта внешняя поверхность обычно имеет антибликовое покрытие для максимизации выходной мощности. Чтобы минимизировать потери, улучшить профиль луча и максимизировать когерентность, форма поверхности обычно изготавливается с очень высокими инженерными допусками , что сводит к минимуму любые отклонения 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 преобразователь лазера изготавливается с допусками в пределах λ/10 (одна десятая длины волны света) или лучше.
В зависимости от усиления среды количество света, которое OC должно отразить обратно, может широко варьироваться. Гелий-неоновые лазеры для работы требуют зеркала с отражающей способностью около 99%, в то время как азотные лазеры имеют чрезвычайно высокий коэффициент усиления (они « сверхизлучающие ») и не требуют никакого OC (отражающая способность 0%). Отражательная способность любого ОС будет меняться в зависимости от длины волны . Зеркала с металлическим покрытием обычно имеют хорошую отражательную способность в широкой полосе частот, но могут не охватывать всю часть спектра. Серебро имеет отражательную способность до 99,9% в видимом диапазоне, но плохо отражает ультрафиолет. Алюминий плохо отражает инфракрасное излучение, но является хорошим отражателем видимого диапазона и ближнего УФ-излучения, тогда как золото хорошо отражает инфракрасный свет, но плохо отражает волны короче желтого. Диэлектрическое зеркало может иметь диапазон настройки всего 10 нм, если оно рассчитано на определенную длину волны, или может быть спроектировано с широким диапазоном настройки, охватывающим до 100 нм, для перестраиваемых лазеров . По этой причине спектральные свойства ОК 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 диапазона, но для лазеров, излучающих в более коротких или более длинных волнах, может потребоваться другая подложка. Например, селенид цинка обычно используется в углекислотных лазерах из-за его высокого пропускания инфракрасных волн.
Карьерный самосвал
Демпфер полости — это выходной разветвитель, выполняющий функцию добротности . Это позволяет энергии накапливаться в оптическом резонаторе, а затем высвобождать ее через определенный интервал времени. Это позволяет лучу достигать высоких уровней, а затем высвобождаться за очень короткое время; часто за время, необходимое световой волне, чтобы пройти через полость туда и обратно, отсюда и название. После увеличения интенсивности полость внезапно «сбрасывает» свою энергию. В глушителях резонатора обычно используются зеркала с высокой отражающей способностью на каждом конце резонатора, что позволяет лучу получать 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 торцевое зеркало, позволяя излучать очень мощный импульс. Поглотители резонатора можно использовать для работы в непрерывном режиме, но чаще всего они используются с лазерами с синхронизацией мод для извлечения очень короткого импульса с максимальной интенсивностью. [1]
