Вход

Моделирование конфокального оптического резонатора

Рекомендуемая категория для самостоятельной подготовки:
Курсовая работа*
Код 186800
Дата создания 2015
Страниц 29
Источников 5
Мы сможем обработать ваш заказ (!) 29 марта в 18:00 [мск]
Файлы будут доступны для скачивания только после обработки заказа.
1 350руб.
КУПИТЬ

Содержание

Задание 3
Введение 4
1 Особенности оптических резонаторов 6
2 Теория открытых резонаторов 7
2.1 Элементарная теория резонаторов 7
2.2 Добротность резонаторов 9
2.3 Волновая теория открытых резонаторов. 12
3 Классификация оптических резонаторов 15
3.1 Конфокальный резонатор 16
3.2 Резонаторы с произвольными сферическими зеркалами. 18
3.3 Кольцевой резонатор 20
3.4 Составной резонатор 21
3.5 Резонатор с брэгговским зеркалом 21
3.6 Резонатор с распределенной обратной связью 23
3.7 Многомодовость и селекция мод резонаторов. 23
4 Определение параметров конфокального резонатора 26
Список литературы 29

Фрагмент работы для ознакомления

В более широком диапазоне перестройка частоты может быть осуществлена, если одно из зеркал сделать селективным, т. е. обладающим большим коэффициентом отражения в узком спектральном диапазоне. При этом необходимо,чтобы была возможность каким-либо образом изменять спектральный диапазон.В качестве селективного элемента может быть использована, например, дифракционная решетка, которую устанавливают вместо одного из зеркал резонатора.Такой резонатор называется резонатором с брэгговским зеркалом.Рис. 8. Схема резонаторов с брэгговским зеркалом (а)и с распределенной обратной связью(б)Дифракционная решетка располагается под углом к оптической оси резонатора. Если на такое «зеркало» падает плоская электромагнитная волна, распространяющаяся вдоль оптической оси резонатора, то за счет дифракции на решетке онабудет отражаться назад точно в противоположном направлении при выполнении условия Вульфа Брэгга:bsin = m / 2,где b — период дифракционной решетки; θ — угол между нормалью к плоскости решетки и оптической осью резонатора; m=1; 2; 3; ... — порядок дифракции.Изменяя угол θ, можно изменять длину волны λ соответствующую максимумуотражательной способности зеркала в направлении оптической оси. Такой резонатор, применяется, в частности, для перестройки частоты генерации жидкостныхлазеров на органических красителях.3.6Резонатор с распределенной обратной связьюЭто особый вид резонатора,в котором торцевые зеркала вообще могут отсутствовать, а положительная обратная связь обеспечивается рассеянием на периодических неоднородностях, образующих строго периодичную решетку. Важно, чтобы эта решетка образовываласьпространственными периодическими изменениями одного из параметров, от которого зависят условия распространения света. Это может быть коэффициентпреломления, коэффициент усиления, толщина пленки или кристалла. Расстояниеb между неоднородностями должно удовлетворять условию Вульфа — Брэгга. Воптических резонаторах, реализованных таким образом, решетка является одновременно фильтром. и отражателем, выполняя роль зеркал «обычных» резонаторов.Распределенная обратная связь используется, в частности, в некоторых типахполупроводниковых лазеров.3.7Многомодовость и селекция мод резонаторов.Наличие большого числа резонансных частот резонатора ведет к тому, что лазер может одновременно генерировать колебания на нескольких частотах. Фактическая ширина спектральных линий излучения активного веществаможет быть в ряде случаев намногобольше, чем резонансные полосы резонатора и расстояния между ними. Это может привести к тому, что условия самовозбуждения будут соблюдаться сразу длянескольких частот. Так, найденнаяширина линии активного вещества при доплеровском уширении составляет около 1 000 МГц, а ширина резонансных линийравна примерно 1 МГц, при расстоянии между частотами продольных мод около150 МГц. Таким образом, наблюдается картина, изображеннаяна рис. 9. Резонатор из широкой полосы спектра активного вещества вырезает узкие линии, соответствующие его собственным частотам. Поскольку затухание составляющих спектра при больших m и n сильно возрастает, то число поперечных мод, частоты которых располагаются вблизи частотпродольных мод, подобно боковым частотам обычно невелико.Следует иметь в виду, что частоты колебаний, генерируемых лазером, не точно совпадают с собственными частотами резонатора вследствие взаимодействияколебательных систем вещества как излучающих диполей с резонатором.Наличие многих частот в излучении создает сложную картину распределенияинтенсивности в поперечном сечении пучка света. С увеличением мощности накачки число генерируемых частот обычно увеличивается. Рис. 8. Многомодовость оптических резонаторовИнтерференция волн приводит к тому, что в некоторые моменты они могут гасить друг друга, а в другие моменты усиливать. В результателазер вместо непрерывного колебания или длинного импульса генерирует сериюочень коротких импульсов. Эти импульсы тем короче и мощнее, чем большечисло волн в излучении. Наблюдаемые интерференционные импульсы имеютиногда продолжительность до 10-12 с. Картина излучения лазера обусловлена, однако, не только этой причиной. К другим причинам относятся явления релаксации в веществе и неодновременное возбуждение отдельных участков активного вещества.Из-за всех указанных причин излучение лазера не монохроматично и имеетконечную ширину линии излучения.Многомодовость вредна при использовании лазеров во многих областях применения, так как при этом ограничивается полосапередаваемого сообщения и снижается помехоустойчивость. Она ухудшает когерентность излучения и его направленность. Поэтому постоянно ведутся активныеработы по разработке одномодовых и одночастотных лазеров. Уменьшая длину лазера L, можно сделать расстояние между частотами поперечных мод больше полосы усиления активного вещества. Однако во всех случаяхэто связано с уменьшением их к. п. д. или мощности и усиления. Многие методыселекции мод резонаторов лазера основаны на создании условий, при которыхувеличиваются потери для нежелательных мод. Так, например, используя ростдифракционных потерь с ростом поперечных индексов m и n, можно добиться генерации только на нескольких поперечных модах или даже одной или несколькихпродольных модах, изменяя кривизну зеркал или расстояние между ними.Один из самых простых методов получения генерации на одной частоте заключается в соответствующем выборе уровня мощности накачки. Еслиуровень мощности накачки превосходит пороговое значение лишь настолько, чтоусиление превышает потери только на центральной частоте контура усиления, толазер будет генерировать лишь на одной частоте, совпадающей с центральнойчастотой контура. В этом случае мощность генерации невелика и необходимоподдерживать уровень накачки в определенных пределах.Кроме изменения параметров резонатора и мощности накачки, для селекциимод используются дополнительные устройства, располагаемые внутри или вне резонатора. Одним из таких устройств, с помощью которого подавляются поперечные моды высокого порядка, является диафрагма, расположенная внутри резонатора. Распределение поля в плоскости поперечного сечения резонатора таково,что основной тип ТЕМ00q концентрируется вблизи оси резонатора, а поля других типов ТЕМ11q, ТЕМ20qпростираются от оси тем дальше, чем более высоким порядкам они соответствуют. Поэтому введение в резонатор диафрагмы с отверстием, расположенным вблизи оси резонатора, будет увеличивать потери типов колебаний высокого порядка.Определение параметров конфокального резонатораКонфокальный резонатор отличается от всех других конфигураций резонаторов минимальными дифракционными потерями. В этом резонаторе применяется два вогнутых зеркала с одинаковыми радиусами кривизны b. Длина резонатора L соответствует радиусу кривизны:L = b = 80 см.Так как у вогнутых зеркал фокусное расстояние f соответствует половинному значению радиуса кривизны, то фокусы обоих зеркал резонатора совпадают:f = b/2 = 40 см.Параметры собственной моды принимают значения:собственная же частота моды будет определяться выражениемТак как суммарные потери в резонаторе малы ( = 0,03), добротность резонатора может быть рассчитана по формуле:Самая важная особенность конфокального резонатора состоит в том, что в нем достигается высокая степень вырождения собственных мод: моды, имеющие различный набор индексов m, n, N могут иметь совпадающие частоты. Значение собственной частоты резонатора v не изменится, если сумму поперечных индексов m+n увеличить на целое число 2К (К=1, 2, 3...), а индекс N уменьшить на К. Минимальный частотный интервал между четными и нечетными модами резонатора, сумма поперечных индексов которых m+n является соответственно четной и нечетной, равен с/4d.При описании резонаторов часто используют G-плоскость (рис. 10), где с учётом аберраций зеркал резонатора показано положение конфокальных, концентричных и симметричных схем резонаторов и построена граничная кривая, отделяющая области устойчивых и неустойчивых (заштрихованы) резонаторов. Из представленной на рисунке диаграммы видно, что имеются конфигурации устойчивых концентричных (в I четверти) и конфокальных (в III четверти) резонаторов.Рис. 10. G-диаграмма резонатораКонфокальный резонатор на диаграмме устойчивости характеризуется точкой в начале координат и имеет малые дифракционные потери. Однако при разработке оптической схемы резонатора необходимо учитывать, что конфокальный резонатор находится на границе устойчивой и неустойчивой областей и небольшие изменения параметров резонатора могут привести к резкому возрастанию потерь.Основной задачей теории оптических резонаторов является отыскание структуры мод и соответствующих им частот и потерь, если известна геометрия оптической структуры резонатора. Эта задача была сведена к задаче определения собственных функций и значений интегрального уравнения. Было выяснено, что собственные функции, соответствующие собственным значениям, взаимно ортогональны и описывают распределение поля мод на отражателях, а собственные значения интегрального уравнения образуют дискретную последовательность, позволяющую вычислить спектр частот и потерь мод. Представляют интерес и обратные задачи – задачи синтеза оптической структуры резонатора по известному спектру собственных значений и по собственным функциям – модам резонатора. Задачи синтеза резонатора возникают при необходимости иметь для практических приложений резонатор с требуемыми модовыми и спектральными характеристиками.Список литературы1. Кущ Г.Г., Шандаров В.М. Проектирование оптоэлектронных и квантовых приборов и устройств. Учебно-методическое пособие по курсовому проектированию Томск. ТУСУР, 2007 -101 с.2.КущГ.Г., СоколоваЖ.М., ШангинаЛ.И.ПриборыиустройстваоптическогоиСВЧдиапазоновУчебноепособие. -Томск: Томск. Гос. ун-тсистемуправленияирадиоэлектроники, 2012. - 414 с.3.БалакшийВ.И., ПарыгинВ.Н., ЧирковЛ.Е. Физическиеосновыакустооптики.- М.: Радиоисвязь, 1985. - 280 с..4.Пихтин А.Н. Оптическая и квантовая электроника: Учеб. для вузов. – М.: Высшая школа, 2001. - 573 с. 5.Клышко Д.Н. Физические основы квантовой электроники. – М.: Наука, 1986.- 296 с.

Список литературы [ всего 5]

Кущ Г.Г., Шандаров В.М. Проектирование оптоэлектронных и квантовых приборов и устройств. Учебно-методическое пособие по курсовому проектированию Томск. ТУСУР, 2007 - 101 с.
2. Кущ Г.Г., Соколова Ж.М., Шангина Л.И. Приборы и устройства оптического и СВЧ диапазонов Учебное пособие. - Томск: Томск. Гос. ун-т систем управления и радиоэлектроники, 2012. - 414 с.
3. Балакший В.И., Парыгин В.Н., Чирков Л.Е. Физические основы акустооптики.- М.: Радио и связь, 1985. - 280 с..
4. Пихтин А.Н. Оптическая и квантовая электроника: Учеб. для вузов. – М.: Высшая школа, 2001. - 573 с.
5. Клышко Д.Н. Физические основы квантовой электроники. – М.: Наука, 1986. - 296 с.
Очень похожие работы
Пожалуйста, внимательно изучайте содержание и фрагменты работы. Деньги за приобретённые готовые работы по причине несоответствия данной работы вашим требованиям или её уникальности не возвращаются.
* Категория работы носит оценочный характер в соответствии с качественными и количественными параметрами предоставляемого материала. Данный материал ни целиком, ни любая из его частей не является готовым научным трудом, выпускной квалификационной работой, научным докладом или иной работой, предусмотренной государственной системой научной аттестации или необходимой для прохождения промежуточной или итоговой аттестации. Данный материал представляет собой субъективный результат обработки, структурирования и форматирования собранной его автором информации и предназначен, прежде всего, для использования в качестве источника для самостоятельной подготовки работы указанной тематики.
bmt: 0.00496
© Рефератбанк, 2002 - 2024