Моди (типи коливань) оптичного резонатора

Моди (типи коливань) оптичного резонатора.

Як було показано вище, резонатор лазера істотно впливає на потужність лазерного випромінювання, а також на його спектральні характеристики. Насправді вплив резонатора на властивості лазерного випромінювання є ще більш значним і важливим. Справа в тому, що резонатор формує певні стану поля випромінювання; їх називають модами або типами коливань резонатора.

Окрема мода позначається так: де - поперечні індекси моди, поздовжній індекс. Кожна мода характеризується певною просторовою структурою поля (певним розподілом амплітуди і фази) в поперечному до осі резонатора напрямку, зокрема на поверхні дзеркал резонатора. Специфіку цієї структури фіксують поперечні індекси моди Крім того кожна мода характеризується певним зрушенням фази за подвійний прохід резонатора, що розглядаються на осі резонатора. Цей фазовий зсув дорівнює де - поздовжній індекс моди.

Зауважимо, що вказівку на необхідність розгляду зсуву фази ІМЕІ на осі резонатора пов'язано з тією обставиною, що мода не є, строго кажучи, плоскою хвилею. Ясно, що для плоскої хвилі таку вказівку було б зайвим: в разі плоского

хвильового фронту байдуже відстань від тієї чи іншої точки фронту до осі резонатора.

Конкретного поєднання індексів тип, що відображає конкретну поперечну структуру поля в резонаторі, відповідає ряд мод з різними значеннями індексу це поздовжні моди (їх називають також аксіальним модами). В спектрі генерації кожної з них відповідає вузька лінія. Сукупність поздовжніх мод з даними поєднанням індексів тип об'єднують під назвою поперечної моди. Поперечна мода характеризується, очевидно, тільки поперечними індексами (вона позначається).

Кожен тип поперечної моди має певну структуру світлового плями на дзеркалі резонатора. На рис. 2.7, а показана структура спостережуваного на круглому дзеркалі світлової плями для декількох найбільш простих (нижчих) поперечних мод. Відповідний цим модам характер зміни знака амплітуди поля на поверхні дзеркала показаний на рис. 2.7, б. З малюнка видно, що індекс показує, скільки разів амплітуда поля змінює знак в радіальному напрямку, скільки разів вона змінює знак при повороті навколо центра дзеркала на 180 °.

Поперечну моду називають основною модою. Для неї характерна найбільш проста структура світлової плями. З рис. 2.7, а видно, що чим менше значення поперечних індексів, тим сильніше сконцентровано поле моди поблизу центру дзеркала.

Видимий в реальних умовах структура світлової плями часто є суперпозицію декількох поперечних мод (багатомодовий режим генерації). спектр

генерованого випромінювання містить зазвичай кілька вузьких ліній (багаточастотний режим генерації).