1.2. ОПТИЧЕСКИЙ РЕЗОНАТОР

Для перехода от усиления к генерации света для оптических волн необходима обратная связь, которую обеспечивает оптический резонатор. Простейший вид оптического резонатора - два плоскопараллельных зеркала (резонатор Фабри - Перро). Между зеркалами резонатора размещается рабочее тело, обеспечивающее существование электромагнитного поля оптического излучения в пространстве между зеркалами.

При расстоянии между зеркалами в резонаторе устанавливается система стоячих волн, подчиняющихся условию

где длина волны света;

Ф - угол между волновой нормалью и оптической осью резонатора;

- целое число.

Каждая стоячая волна, соответствующая числу есть мода колебаний.

Так как , то расстояние между соседними модами весьма мало и при составляет

Например, при .

Важнейшей характеристикой резонатора и всего квантового генератора являются потери излучения в резонаторе. Потери в резонаторе включают пассивные потери в рабочем теле Ко (рассеяние, поглощение в рабочем теле) и активные потери (потери на излучение света из резонатора). Для того чтобы вывести часть излучения из резонатора, его зеркала делаются частично прозрачными, так что коэффициенты отражения двух зеркал меньше единицы. Тогда определяют пропускание света зеркалами резонатора, т.е. интенсивность излучения, теряемого резонатором. Пройдя путь волна дважды отражается от зеркал и соответствующая этой волне интенсивность света оказывается равной

где - интенсивность света до отражения от зеркал. Так как это ослабление света произошло на пути то определить коэффициент потерь на зеркалах на единицу длины резонатора из условия

С учетом пассивных потерь для суммарного коэффициента потерь получим

При близких к единице тогда можно считать

Кроме коэффициента потерь для характеристики потерь в резонаторе используются и другие характеристики:

1. Время жизни кванта в резонаторе Ввести эту характеристику можно, рассмотрев изменение интенсивности излучения в резонаторе во времени за один проход

где - скорость света в среде.

Из (1.18) следует, что

Величина определяет частоту соударения кванта с зеркалами, т.е. частоту попытки кванта выйти за пределы резонатора. Произведение имеет смысл вероятности выхода кванта из резонатора или поглощения его внутри резонатора за один проход. Следовательно, время жизни кванта в резонаторе

2. Добротность резонатора Используя (1.19) и известное выражение для изменения амплитуды колебаний через добротность колебательной системы, получим:

или добротность резонатора есть

Конструкции резонаторов разнообразны, и их характеристики включают не только потери. Не касаясь конструкций лазеров и их резонаторов, ограничимся введением понятия потерь в резонаторе, что позволяет ввести представление о пороговых условиях работы квантового генератора.