4.4.2. Резонаторы с оптическими призмами
Перестройку
частоты и спектральное сужение линии
излучения лазера можно также осуществить,
помещая в лазерный резонатор одну или
несколько призм. Дисперсия призмы будет
наибольшей, если она используется в
режиме наименьшего отклонения луча,
т.е. падающий
на призму и выходящий из нее пучки
симметричны по отношению к обеим граням
призмы. Если А
- преломляющий
угол призмы,
- угол
падения пучка на призму,
-
угол его преломления, то угол наименьшего
отклонения пучка при его прохождении
через призму
равен
при
=
А/2,
так
что дисперсия равна
(4.16)
Вблизи угла Брюстера d /dn =2 и угловая дисперсия призмы равна
(4.17)
Используя
z
призм в автоколлимационной схеме с
лазером на красителе, имеющем угловую
расходимость
,
получаем предельную спектральную ширину
(4.18)
При расходимости пучка, определяемой дифракцией =1,22 /D имеем
(4.19)
В
случае использования 60-градусных призм
из шоттовского стекла SF10,
для которого
dn/d
= 1,35
нм
,
для
одной и шести призм в автоколлимационной
схеме получены
следующие значения
(нм):
Количество Призм |
|
|
|
|
1 |
9,3 |
0,93 |
0,54 |
0,05 |
6 |
1,5 |
0,15 |
0,09 |
0,01 |
Решетка 1 200штрих/мм |
7,8 |
0,78 |
0,37 |
0,04 |
Сравнение значений спектральной ширины, приведенных в таблице, показывает, что выгоднее использовать две (или более) призмы, чем одну решетку. Кроме того, суммарные потери, вносимые даже шестью призмами вблизи угла Брюстера, значительно меньше потерь, вносимых одной-решеткой. Систему с пятью призмами применили Стром и Вебб, с шестью призмами - Шефер и Мюллер.
Спектральная ширина линии составляла 0,8 нм при =600нм и уменьшалась при продвижении в сторону более коротких длин волн.
Существенное преимущество таких многопризменных лазерных систем состоит в том, что отпадает необходимость в зеркалах с диэлектрическими покрытиями, отражающими в широкой области спектра. Если нужна только фиксированная длина волны генерации, можно использовать узкополосные отражающие покрытия на зеркалах резонатора. В этом состоит простейший метод селекции, использующий интерференцию. Зачастую отражатели, которые предположительно считаются широкополосными, обнаруживают определенную селективность. На тех длинах волн, при которых коэффициент отражения слегка уменьшается, например на 0,25%, в широкополосном спектре лазера на красителе образуются провалы. Иногда эти провалы неправильно интерпретируют, приписывая их свойствам молекул красителей.
Рис. 88. Шестипризменный кольцевой лазер с варьируемым клином.
Рис. 89. Кольцевой лазер.
1 — кювета с красителем; 2 — вращающиеся столики с призмами Аббе (указаны оси и направления вращения); 3 - подвижный столик; 4 - эталон Фабри-Перо; 5 - выходная призма, раздваивающая луч; 6 - зеркало с высоким коэффициентом отражения.
Резонансные отражатели и отражатели Фокса-Смита можно использовать только в сочетании с подходящими предварительными селекторами, поскольку их область дисперсии мала.