Резонаторы с интерферометром Фабри-Перо

Для получения малой спектральной ширины полосы излучения ЛК особенно хорошие результаты дает метод, при котором в резонатор помещают один или более эталонов Фабри-Перо или интерференционных фильтров. Длина волны максимума пропускания k -гo порядка эталона Фабри-Перо толщиной t с показателем преломления n углом между нормалью и оптической осью определяется формулой 2tncos = к . Угловая дисперсия воздушного интерферометра равна . Можно показать, что спектральная ширина линии излучения при его расходимости определяется выражением

(4.5)

Сдвиг длин волн при повороте эталона Фабри - Перо на угол от положения, перпендикулярного оптической оси, дается выражением

где - длина волны при = О, Область дисперсии эталона Фабри-Перо равна

Спектральная ширина полосы вблизи , определяется коэффициентом отражения R зеркал эталона Фабри - Перо

,

где F - коэффициент резкости.

Из этих соотношений легко определить характеристики лазера и эталона Фабри - Перо, которые требуются для получения узкой полосы излучения и широкой области перестройки. Минимальная ширина полосы, которую можно получить, определяется минимальным углом, при котором отражение от первого зеркала эталона Фабри - Перо не попадает в кювету. Если q- отношение диаметра кюветы к расстоянию между эталоном Фабри - Перо и ближайшим к нему окном кюветы, то минимальная ширина полосы определяется как

Предположим, что в резонатор помещен призменный предселектор, который дает = 3 нм.

Тогда оптимальная область дисперсии эталона Фабри - Перо должна быть = = 3 нм. При типичном значении q = 0,05 определяемая расходимостью луча минимальная ширина полосы 0,075 нм. Увеличение угла при перестройке области дисперсии приводит к увеличению ширины полосы, до = 0,3 нм. Поэтому широкую область перестройки можно получить только за счет относительно большого увеличения ширины полосы. Кроме того, использование эталонов Фабри - Перо при больших углах вводит серьезные апертурные потери, которые становятся тем значительнее, чем больше отношение толщины эталона к диаметру пучка и чем больше угол.

Для получения особенно узкой ширины полосы генерации приходится уменьшать область перестройки и расходимость луча лазера. Таким методом была получена селекция длин волн и одновременно сужение спектра в лазерах с лазерной и ламповой накачкой. Хэнш сообщил, что в лазере на красителе при использовании только решетки ширина полосы составляла 3 пм. При помещении в резонатор эталона Фабри-Перо ширина полосы уменьшалась до 0,4 пм. Выходная мощность при этом уменьшалась с 20 до 3 кВт, по-видимому, в первую очередь из-за высоких потерь в применявшихся широкополосных отражающих покрытиях. Вероятно, по крайней мере, некоторые из этих потерь имеют другую природу, например вносимые эталоном. Это подтверждается небольшим понижением выходной мощности при помещении в резонатор последовательно интерференционного фильтра (эталон Фабри -Перо в низком порядке) и двух эталонов Фабри - Перо, используемых вблизи предельного угла. В лазере на родамине 6G с длиной волны излучения 600 нм и с энергией накачки 20 Дж Саровский получил мощность 2,4 кВт и ширину полосы 50 пм, помещая в резонатор только интерференционный фильтр. Введение первого эталона Фабри-Перо уменьшало пиковую мощность до 2,2 кВт, а ширину полосы до 7 пм. Введение второго эталона уменьшало пиковую мощность до 2,0 кВт и ширину полосы до 0,1 пм.

В качестве эталона Фабри-Перо обычно используются либо плоскопараллельные кварцевые пластинки с многослойными диэлектрическими покрытиями, отражающими в широкой области спектра, либо эталоны Фабри-Перо с воздушным зазором.