- •ПРЕДИСЛОВИЕ
- •ЧАСТЬ I. ВАКУУМНАЯ ЭЛЕКТРОНИКА
- •Глава 1. Эмиссионная электроника
- •1.2. Эмиссионная электроника
- •1.2.1. Термоэлектронная эмиссия
- •1.2.2. Термоэлектронная эмиссия с поверхности полупроводников
- •1.2.3. Термокатоды
- •1.2.4. Фотоэлектронная эмиссия
- •1.2.5. Вторичная электронная эмиссия
- •1.2.6. Автоэлектронная эмиссия
- •Контрольные вопросы
- •Глава 2. Движение электронов в вакууме в режиме объемного заряда. Электровакуумные приборы
- •2.1. Диоды
- •2.2. Триоды
- •2.3. Многоэлектродные лампы
- •2.4. Особенности многоэлектродных ламп различного назначения
- •2.5. Генераторные и модуляторные лампы
- •2.6. Электровакуумные приборы диапазона сверхвысоких частот
- •2.6.1. Особенности движения электронов в СВЧ полях
- •2.6.2. Клистроны – приборы с динамическим управлением электронным потоком и резонансными системами
- •2.6.3. Лампы бегущей и обратной волны (ЛБВ и ЛОВ)
- •2.6.4. Лампы со скрещенными полями
- •2.6.5. Усилитель на ЛБВ типа М
- •2.6.6. Генератор на ЛОВ типа М замкнутой конструкции (карсинотрон)
- •2.6.7. Магнетроны
- •2.6.8. Статический режим работы магнетрона
- •2.6.9. Динамический режим работы магнетрона
- •Контрольные вопросы
- •Глава 3. Электронная оптика. Электронно-лучевые приборы
- •3.1. Электронные линзы
- •3.2. Электростатические линзы
- •3.2.1. Диафрагма с круглым отверстием
- •3.2.2. Иммерсионная линза
- •3.2.3. Одиночная линза
- •3.2.4. Иммерсионный объектив
- •3.3. Магнитные линзы
- •3.4. Аберрации электронных линз
- •3.5. Электронно-оптические системы (ЭОС) электронно-лучевых приборов
- •3.6. Отклоняющие системы
- •3.6.1. Электростатическое отклонение электронных пучков
- •3.6.2. Магнитное отклонение электронных пучков
- •3.7. Некоторые особенности электронной оптики интенсивных пучков
- •3.8. Приемные электронно-лучевые трубки
- •3.9. Проекционные ЭЛТ и системы
- •3.10. Запоминающие электронно-лучевые трубки
- •3.11. Передающие электронно-лучевые трубки
- •Контрольные вопросы
- •ЧАСТЬ II. ГАЗОРАЗРЯДНАЯ ЭЛЕКТРОНИКА
- •Глава 4. Элементарные процессы в плазме
- •4.1. Введение
- •4.2. Упругие соударения электронов с атомами и молекулами газа
- •4.3. Неупругие соударения электронов с атомами и молекулами
- •4.3.1. Возбуждение
- •4.3.2. Ионизация
- •4.3.3. Ступенчатые процессы при возбуждении и ионизации молекул электронным ударом
- •4.3.4. Образование и разрушение отрицательных ионов
- •4.3.5. Диссоциация молекул
- •4.3.6. Рекомбинация
- •4.4. Движение электронов и ионов в газе
- •4.4.1. Дрейфовое движение электронов и ионов
- •4.4.2. Диффузия заряженных частиц в условиях разряда
- •Контрольные вопросы
- •Глава 5. Основные виды электрического разряда в газе
- •5.1. Классификация разрядов
- •5.2. Несамостоятельный газовый разряд
- •5.3. Условие развития самостоятельного разряда. Пробой разрядного промежутка
- •5.3.1. Тлеющий разряд
- •5.3.2. Количественная теория катодной области тлеющего разряда
- •5.3.3. Дуговой разряд
- •5.3.4. Искровой разряд
- •5.3.5. Коронный разряд
- •5.3.6. Высокочастотные разряды
- •5.3.7. Разряды на сверхвысоких частотах
- •Контрольные вопросы
- •Глава 6. Газоразрядная плазма
- •6.1. Основные понятия
- •6.2. Диагностика плазмы
- •6.2.1. Метод зондов Лангмюра
- •6.2.2. Оптические методы исследования плазмы
- •6.2.3. Сверхвысокочастотные методы диагностики плазмы
- •6.3. Теории газоразрядной плазмы
- •Контрольные вопросы
- •Глава 7. Газоразрядные приборы
- •7.1. Приборы тлеющего разряда
- •7.1.1. Световые индикаторы
- •7.1.2. Стабилитроны тлеющего разряда
- •7.1.3. Вентили (газотроны) тлеющего разряда
- •7.1.4. Тиратроны тлеющего разряда
- •7.1.5. Переключаемые световые индикаторы
- •7.2.1. Газоразрядные источники света
- •7.3. Ионизационные камеры и счетчики излучений
- •7.3.1. Ионизационные камеры
- •7.3.2. Пропорциональные счетчики
- •7.3.3. Счетчики Гейгера
- •7.4. Разрядники антенных переключателей
- •7.5. Газоразрядные индикаторные панели
- •7.6. Газоразрядные знаковые индикаторы (монодисплеи)
- •7.6.1. ГИП постоянного тока
- •7.6.2. ГИП переменного тока
- •7.6.3. Получение полутоновых изображений на ГИП
- •Контрольные вопросы
- •ЧАСТЬ III. ТВЕРДОТЕЛЬНАЯ ЭЛЕКТРОНИКА
- •8.1. Концентрация носителей заряда в полупроводниках
- •8.2. Электропроводность полупроводников
- •8.3. Диффузионное движение носителей заряда в полупроводниках
- •8.4. Неравновесные носители заряда в полупроводниках
- •8.5. Поверхностные явления в полупроводниках
- •Контрольные вопросы
- •Глава 9. Электрические переходы
- •9.1. Структура и основные параметры n-p перехода
- •9.2. Равновесное состояние n-p перехода
- •9.3. Неравновесное состояние n-p перехода. Явления инжекции и экстракции носителей заряда
- •9.4. ВАХ идеализированного перехода
- •9.5. ВАХ реального n-p перехода
- •9.7. Емкостные свойства n-p перехода
- •9.8. Контакт металл-полупроводник
- •9.9. Гетеропереходы
- •Контрольные вопросы
- •Глава 10. Полупроводниковые диоды
- •10.1. Выпрямительные диоды
- •10.2. Высокочастотные и сверхвысокочастотные диоды
- •10.3. Импульсные диоды
- •10.4. Стабилитроны
- •10.5. Полупроводниковые управляемые емкости (варикапы)
- •10.6. Туннельные и обращенные диоды
- •10.7. Диоды Шотки
- •10.8. Диоды Ганна
- •10.9. Лавинно-пролетные диоды
- •Контрольные вопросы
- •Глава 11. Биполярные транзисторы
- •11.1. Классификация биполярных транзисторов
- •11.2. Физические процессы в транзисторе
- •11.3. Распределение токов в транзисторе
- •11.4. Эффект модуляции ширины базы
- •11.5. Статические вольтамперные характеристики биполярного транзистора
- •11.6. Частотные характеристики биполярного транзистора
- •Контрольные вопросы
- •Глава 12. Тиристоры
- •12.1. Классификация тиристоров
- •12.2. Распределение токов в тиристоре
- •12.3. Особенности работы управляемых тиристоров
- •12.4. Тиристор с симметричной ВАХ
- •Контрольные вопросы
- •Глава 13. Униполярные полупроводниковые приборы
- •13.1. Классификация и основные особенности
- •13.2. Полевые транзисторы с изолированным затвором (МДП-транзисторы)
- •13.4. Дифференциальные параметры МДП-транзистора
- •13.5. Принцип работы полевого транзистора с управляющим n-p переходом
- •13.6. Частотные характеристики МДП-танзисторов
- •13.7. Сравнительная характеристика МДП и биполярного транзистора
- •13.8. Биполярный транзистор с изолированным затвором (IGBT)
- •Контрольные вопросы
- •Глава 14. Светоизлучающие и фотоэлектронные полупроводниковые приборы
- •14.1. Светоизлучающие полупроводниковые приборы
- •14.1.1. Светодиоды
- •14.2. Фотоэлектронные полупроводниковые приборы
- •14.2.1. Поглощение оптического излучения полупроводниками
- •14.2.2. Фоторезистивный эффект и приборы на его основе
- •14.2.3. Фотоэлектрический эффект в n-р переходе
- •14.2.4. Фототранзисторы и фототиристоры
- •14.2.5. Оптоэлектронные пары
- •Контрольные вопросы
- •Глава 15. Полупроводниковые датчики
- •15.1. Датчики температуры
- •15.2. Датчики деформации
- •15.3. Датчики магнитного поля
- •Контрольные вопросы
- •Глава 16. Основы квантовой электроники
- •16.2. Физические основы взаимодействия излучения с веществом
- •16.2.1. Форма и ширина спектральной линии
- •16.3. Устройство и принципы работы лазеров
- •16.3.1. Рабочее вещество
- •16.3.2. Создание инверсии
- •16.3.3. Условия создания инверсной населенности
- •16.3.4. Двухуровневая система
- •16.3.5. Трехуровневые системы
- •16.3.6. Четырехуровневая система
- •16.3.7. Оптические резонаторы
- •16.3.8. Условия самовозбуждения и насыщения усиления
- •16.4. Свойства лазерного излучения
- •16.4.1. Монохроматичность
- •16.4.2. Когерентность
- •16.4.3. Поляризация излучения
- •16.4.4. Направленность и возможность фокусирования излучения
- •16.4.5. Яркость и мощность излучения
- •16.5. Типы лазеров
- •16.5.1. Твердотельные лазеры
- •16.5.2. Рубиновый лазер
- •16.5.3. Неодимовый стеклянный лазер
- •16.5.4. Nd – ИАГ – лазеры
- •16.5.5. Газовые лазеры
- •16.5.6. Атомные лазеры
- •16.5.7. Лазеры на парах металлов
- •16.5.8. Ионные лазеры
- •16.5.9. Молекулярные лазеры
- •16.5.10. Эксимерные лазеры
- •16.5.11. Газовые лазеры в инфракрасной области спектра
- •16.5.12. Химические лазеры
- •16.5.13. Газодинамические лазеры
- •16.5.14. Электроионизационные лазеры
- •16.5.15. Полупроводниковые лазеры
- •16.5.16. Жидкостные лазеры
- •Контрольные вопросы
- •Глава 17. Основы оптоэлектроники
- •17.1. Этапы и перспективы развития оптической электроники
- •17.2. Источники излучения для оптоэлектроники
- •17.3. Фотоэлектронные приемники излучения
- •17.4. Модуляция лазерного излучения
- •17.4.1. Физические основы модуляции лазерного излучения
- •17.4.2. Оптические модуляторы
- •17.4.3. Дефлекторы
- •17.5.1. Элементная база ВОЛС
- •17.5.2. Классификация ВОЛС
- •17.6. Оптические методы запоминания и хранения информации. Оптические (лазерные) диски
- •17.7. Голографические системы хранения и обработки информации
- •17.7.1. Принцип голографии
- •17.7.2. Голографическое запоминающее устройство
- •17.7.3. Голографические схемы записи и считывания информации
- •17.8. Системы отображения информации
- •17.8.1. Особенности зрительного восприятия информации
- •17.8.2. Физические эффекты, используемые для отображения информации
- •17.8.3. Жидкокристаллические индикаторы
- •17.8.4. Жидкокристаллические индикаторные панели
- •17.9. Электролюминесцентные индикаторы
- •17.10. Дисплеи с полевой (автоэлектронной) эмиссией
- •17.11. Отражающие дисплеи (электронная бумага)
- •17.12. Системы отображения информации на основе полупроводниковых светодиодов
- •Контрольные вопросы
- •ЧАСТЬ V. ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ, МИКРО И НАНОЭЛЕКТРОНИКА
- •Глава 18. Предмет микроэлектроники
- •18.1. Основные термины и определения
- •18.2. Классификация ИМС
- •18.2.1. Плёночные ИМС
- •18.2.2. Гибридные ИС
- •18.2.3. Полупроводниковые ИМС
- •18.2.4. Совмещенные ИМС
- •18.3. Система обозначений ИМС
- •Контрольные вопросы
- •Глава 19. Биполярные структуры в микроэлектронике
- •19.1. Транзисторы с изоляцией на основе n-p перехода
- •19.2. Транзисторы с диэлектрической изоляцией
- •19.3. Транзисторы с комбинированной изоляцией
- •19.4. Транзисторы типа p–n–p
- •19.5. Многоэмиттерные транзисторы
- •19.6. Многоколлекторные транзисторы
- •19.7. Транзисторы с диодом Шотки
- •19.8. Интегральные диоды и стабилитроны
- •Контрольные вопросы
- •Глава 20. Униполярные структуры в микроэлектронике
- •20.1.1. МДП–транзистор с алюминиевым затвором
- •20.1.3. Конструкция Д–МДП–транзисторов
- •20.1.4. Комплементарные микроэлектронные структуры
- •20.2.1. Пороговое напряжение
- •20.2.2. Вольт-амперные характеристики
- •20.4. Принцип действия МЕП-транзистора
- •20.5. Элементы полупроводниковых постоянных запоминающих устройств (ПЗУ)
- •20.5.1. МНОП-транзистор
- •20.5.3. Двухзатворный МДП–транзистор
- •Контрольные вопросы
- •Глава 21. Микроэлектроника субмикронных СБИС
- •21.2. Методы улучшения характеристик субмикронных МДП-транзисторов
- •21.2.1. Ореол
- •21.2.2. Ретроградное распределение
- •21.2.3. Подзатворный диэлектрик
- •21.2.4. Области стока и истока
- •21.2.5. Напряженный кремний
- •21.3. Субмикронные МДП-транзисторы на диэлектрических подложках
- •21.3.1. Структуры «кремний на изоляторе»
- •21.3.2. Cтруктура «кремний ни на чём»
- •21.4.1. Транзисторы с двойным и с окольцовывающим затвором
- •21.4.2. Транзисторы с вертикальным каналом
- •21.5. Особенности субмикронных транзисторов для аналоговых применений
- •Контрольные вопросы
- •Глава 22. Гетероструктуры в микроэлектронике
- •22.1. Основные свойства гетероперехода
- •22.1.1. Сверхинжекция неравновесных носителей заряда в гетеропереходе
- •22.1.2. Понятие о двухмерном электронном газе
- •22.2. Гетероструктурные полевые транзисторы
- •22.2.1. Транзистор с высокой подвижностью электронов (НЕМТ)
- •22.2.2. Псевдоморфные и метаморфные структуры (р-НЕМТ и m-НЕМТ)
- •22.2.3. НЕМТ на подложках из GaN
- •22.3. Гетеропереходные биполярные транзисторы
- •22.4. Интегральные микросхемы на гетеропереходных полевых транзисторах
- •Контрольные вопросы
- •Глава 23. Пассивные элементы ИМС
- •23.1. Полупроводниковые резисторы
- •23.2. Плёночные резисторы
- •23.3. Конденсаторы и индуктивные элементы
- •23.4. Коммутационные соединения
- •23.4.1. Задержка распространения сигнала
- •23.4.2. Электороимграция
- •Контрольные вопросы
- •Глава 24. Функциональная электроника
- •24.1. Пьезоэлектроника
- •24.2. Оптоэлектроника
- •24.3. Акустоэлектроника
- •24.4. Магнитоэлектроника
- •24.5. Криоэлектроника
- •24.6. Хемотроника
- •24.7. Молекулярная и биоэлектроника
- •24.8. Приборы с зарядовой связью
- •24.9. Диэлектрическя электроника
- •24.10. Приборы на основе аморфных материалов
- •Глава 25. ОСНОВЫ НАНОЭЛЕКТРОНИКИ
- •25.1. Квантовые основы наноэлектроники
- •25.1.1. Квантовое ограничение
- •25.1.2. Интерференционные эффекты
- •25.1.3. Туннелирование
- •25.3. Квантовые транзисторы
- •25.4. Нанотрубки в электронике
- •25.5. Графеновые транзисторы (спинтроника)
- •25.6. Молекулярная электроника
- •25.6.1. Квантовые компьютеры
- •25.7. Заключение
- •Список рекомендуемой литературы
- •CПРАВОЧНЫЙ РАЗДЕЛ
- •Содержание
N3 |
= |
|
|
S21ρне31 |
N . |
|
S21 |
(S32 |
+ A31 )+ (2S21 + S32 )ρн B31 |
||||
|
|
|
Зависимость относительной населенности уровней от плотности накачки показана на рис. 16.5в. При больших плотностях накачки
населенности основного и верхнего состояний выравниваются и стремятся к
lim N1 = lim N3 |
= |
S |
21 |
N , |
(16.30) |
||||
2S21 |
+ S32 |
||||||||
|
|
|
|
|
|
||||
а населенность уровня Е2 при ρ → ∞ стремится к |
|
|
|||||||
lim N2 |
= |
|
S32 |
|
N . |
|
(16.31) |
||
2S21 + S32 |
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
При некотором значении плотности накачки, называемым пороговым, возникает инверсия населенности между уровнями Е2 и Е1 (N2 > N1). С
увеличением плотности накачки выше порогового значения инверсия увеличивается. Отметим, что порог накачки по инверсии обычно меньше порога накачки по генерации. Приравнивая выражения для концентраций N1 и N2, получим выражение для пороговой плотности накачки по инверсии:
ρн.инв. = |
S21 |
(S32 + A31 ) |
. |
(16.32) |
B31 |
|
|||
|
(S32 − S21 ) |
|
Из рассмотренных выше соображений следует, что для создания максимального уровня инверсии наиболее выгодны системы, в которых переход 3 – 2 должен быть быстрым, уровень Е2 – долгоживущим, а коэффициент Эйнштейна для перехода 1 – 3 – большим.
Врежиме генерации происходит изменение населенностей рабочих уровней, сопровождающееся насыщением инверсии и коэффициента
усиления. Увеличение поступления частиц на уровень Е2, вызываемое ростом плотности накачки, компенсируется возрастанием числа активных переходов 2 – 1. Поэтому в режиме генерации инверсия остается
приблизительно постоянной и близкой к пороговому значению плотности накачки по генерации.
16.3.6.Четырехуровневая система
Вчетырехуровневой системе каналы накачки и генерации полностью разделены, что позволяет получать инверсию населенностей при минимальных уровнях накачки. Механизм создания инверсии между
рабочими лазерными уровнями Е3 и Е2 показаны на рис. 16.6. Так же, как и в трехуровневой системе, накачка переводит атомы из основного Е1 в верхнее возбужденное состояние Е4. Инверсия достигается между уровнями Е3 и Е2. Для этого необходимо, чтобы процессы Е4 – Е3 и Е2 – Е1 были быстрыми. Возможные переходы 4 – 1, 4 – 2, 3 – 1, 1 – 2, 3 – 4 приводят к уменьшению инверсии.
280
Так же, как и в предыдущих случаях, для четырехуровневой системы может быть проведен кинетический анализ, результаты которого показаны на рис. 16.6, б. Сами балансные уравнения из-за их громоздкости не приводятся.
а) |
б) |
Рис. 16.6. Схема четырехуровневой системы (а) и зависимость относительной населенности уровней от плотности накачки (б)
Из рис. 16.6, б следует, что пороговая плотность накачки по инверсии в четырехуровневой системе мала даже при учете потерь в активном веществе.
В режиме генерации за счет интенсивных вынужденных переходов происходит насыщение уровня инверсии и коэффициента усиления.
В заключение отметим ряд моментов, относящихся и к трех-, и к четырехуровневым системам.
1.Для исключения термического заселения необходимо, чтобы
разности энергий между уровнями Е4 – Е3 и Е2 – Е1 были больше kТ. Но следует иметь в виду, что при увеличении указанных разностей энергий уменьшается коэффициент полезного действия системы.
2.Для исключения самопоглощения, приводящего к переходам Е1 – Е2 и Е3 – Е4, желательно расселение уровней Е2 и Е4 путем безизлучательных переходов.
3.Вероятность безизлучательных переходов с верхнего лазерного уровня должна быть минимальной.
16.3.7.Оптические резонаторы
Вреальных лазерных системах при однократном прохождении луча через инверсную систему достигается весьма небольшое усиление. Поэтому
принимаются меры для обеспечения многократного прохождения пучка через активную среду. Это достигается использованием в ОКГ оптического резонатора, при наличии которого за счет многократного прохождения
281
излучения достигается наиболее полное взаимодействие последнего с активной средой. Обеспечивая положительную обратную связь, резонатор влияет на диаграмму направленности и спектральный состав излучения. Важной характеристикой любого резонатора является добротность, представляющая собой отношение энергии, запасенной в резонаторе, к средней энергии, теряемой за период колебаний или в единицу времени. Оптический резонатор является открытым, то есть отражающие стенки его не замкнуты.
В объемном резонаторе могут возбуждаться колебания только с определенными длинами волн, образующие стоячую волну. Частоты этих колебаний называются резонансными, а колебания – собственными. Собственный тип колебаний резонатора называется модой. Если длина волны излучения составляет 1 мкм, а длина резонатора 1 м, то на его длине будут укладываться 2×106 полуволн. При этом расстояние между двумя
ближайшими типами колебаний будет много меньше ширины спектральной линии, то есть в пределах одной спектральной линии укладывается много собственных типов колебаний или мод. Такой резонатор называется многомодовым.
Моды резонатора обозначаются TEMmnq. Индексы указывают число полуволн, укладывающихся в каждом из ребер прямоугольного параллелепипеда. В оптическом резонаторе число полуволн на его длине очень велико и обычно не указывается, а моды резонатора обозначаются TEMmn. Для аксиальных колебаний m = n = 0. Неаксиальные моды также могут иметь место, но их добротность уменьшается с увеличением угла отклонения от оси. Добротность оптических резонаторов велика и достигает
108. От добротности зависит и полуширина линии: |
|
||
Dn = |
ν |
. |
(16.33) |
|
|||
|
Q |
|
При этом ширина линии лазерного излучения может быть меньше естественной ширины линии.
Простейший оптический резонатор образуют два плоских зеркала, расположенные строго параллельно друг другу (рис. 16.7). Электромагнитные волны, распространяющиеся вдоль оптической оси резонатора, будут отражаться от зеркал и интерферировать между собой. Те из них, для которых выполняется условие резонанса, интерферируют на максимум, образуя в резонаторе стоячую волну, как показано на рис. 16.7. За
счет многократного прохождения таких волн резко увеличивается эффективность их взаимодействия с активным веществом. Волны, распространяющиеся под не слишком малым углом к оптической оси, после нескольких отражений выходят из резонатора.
282
x |
L |
|
|
O |
O' |
|
z |
y λ/2
Рис. 16.7. Схема плоского оптического резонатора
Для вывода излучения наружу одно из зеркал резонатора делается полупрозрачным. Это определяет необходимые полезные потери резонатора (потери на излучение). Добротность резонатора, определяемая потерями на
излучение, может быть найдена из уравнения: |
|
||||
Q = |
2πL |
|
, |
(16.34) |
|
λ(1− R ) |
|||||
|
|
|
где R – коэффициент отражения зеркала; L – длина резонатора. Из других видов потерь отметим следующие:
1.Дифракционные потери, связанные с дифракцией электромагнитной волны на зеркалах, имеющих конечные размеры. Чем меньше поперечные размеры зеркала, тем больше потери. Дифракционные
потери минимальны для аксиальных мод и велики для неаксиальных.
2.Потери на несовершенства зеркал обусловлены возможным поглощением в зеркалах, рассеянием на шероховатостях, отклонением геометрии зеркала от заданной и т. д. Для их исключения к зеркалам предъявляются очень высокие требования. Так, погрешность в обработке не должна превышать 0,1 от длины волны.
3.Потери на разъюстировку резонатора. Угол между плоскостями зеркал не должен превышать несколько угловых секунд.
4.Потери в активном веществе связаны с поглощением и рассеянием
энергии на различных дефектах в активной среде.
В плоском резонаторе фронт волны на его зеркале практически плоский, что позволяет получить малую расходимость луча.
На рис. 16.8 показаны различные типы резонаторов оптического диапазона со сферическими зеркалами. Преимущество сферических зеркал перед плоскими заключается в том, что требуется значительно меньшая точность их установки.
Конфокальный резонатор образован двумя одинаковыми сферическими зеркалами, оси и фокусные расстояния которых совпадают. Поле в таком резонаторе более плотно сконцентрировано около его оси, поэтому
283
дифракционные потери в нем значительно меньше. Резонатор менее чувствителен к разъюстировке зеркал, но в нем хуже используется объем активного вещества.
|
L |
|
L |
L |
|
|
L |
R1 |
F |
R1 F1 |
|
R1 |
R2 |
F1 |
R1 |
|
1 |
|
|
F1 |
F2 |
|
|
|
|
R2 |
|
|
|
||
|
а) |
б) |
|
в) |
|
|
г) |
Рис. 16.8. Схемы различных типов резонаторов со сферическими зеркалами:
а– конфокальный (R1 = R2 = L), б – полуконфокальный (R1 = 2L, R2 = ∞),
в– концентрический (R1 = R2 = L/2), г – полуконцентрический (R1 = L, R2 =
∞)
Полуконфокальный резонатор образован одним плоским и одним сферическим зеркалом, радиус кривизны которого равен удвоенной длине резонатора. Его свойства аналогичны свойствам конфокального резонатора с удвоенной длиной.
Концентрический резонатор образован двумя одинаковыми сферическими зеркалами, оси и центры кривизны которых совпадают. Дифракционные потери в нем быстро возрастают для неаксиальных мод, что используется для селекции неаксиальных колебаний. Полуконцентрический резонатор имеет свойства, аналогичные концентрическому.
Кроме рассмотренных выше можно назвать еще ряд специальных резонаторов. К ним относятся:
Кольцевой резонатор. Кольцевым называют открытый резонатор,
зеркала которого обеспечивают движение луча по замкнутому контуру (рис. 16.9). Замкнутый контур образует система из четырех или трех зеркал.
Если одно из зеркал сделать полупрозрачным и поставить дополнительное зеркало, то можно перейти от режима стоячей волны к режиму бегущей волны, при котором поле в среднем более однородно, что позволяет полнее использовать активное вещество.
Составной резонатор представляет собой два или более связанных между собой резонатора (рис. 16.9б), в котором зеркало 3 является полупрозрачным. Такой резонатор можно использовать для селекции аксиальных колебаний, так как наибольшей добротностью будут обладать те типы колебаний, для которых условие резонанса наилучшим образом выполняется в каждой из его составных частей.
284