Kafedra: “Radioelektronika” Fənn

“ Azərbaycan Hava Yolları “ QSC
Milli Aviasiya Akademiyası
Fakültə: Fizika-texnologiya
Kafedra: “Radioelektronika”
Fənn: “İfrat yüksək tezlikli elektron və kvant cihazlari”


Sərbəst iş №6

Mövzu: Optik rezonatorların tipləri
Qrup: 2531a
Tələbə: Kazımov Mirkazım
Müəllim: Soltanova Gülər


BAKI-2023
Optik rezonator (və ya rezonanslı optik boşluq) işıq şüasının qapalı yolda dövr etməsinə imkan verən optik komponentlərin düzülüşüdür. Belə rezonatorlar çox müxtəlif formalarda hazırlana bilər. Optik rezonator kütləvi optik komponentlərdən və ya işığın boş yerdən göndərilməkdənsə istiqamətləndirildiyi dalğa ötürücü rezonator kimi hazırlana bilər.
Kütləvi-optik rezonatorlar, məsələn, bərk vəziyyətdə olan toplu lazerlər üçün istifadə olunur. Onların eninə rejim xüsusiyyətləri ümumi quraşdırmadan (hava boşluqlarının uzunluğu daxil olmaqla) asılıdır və rejim ölçüləri rezonator boyunca əhəmiyyətli dərəcədə dəyişə bilər. Bəzi hallarda, rejim xassələri də termal lensləşdirmə kimi təsirlərdən əhəmiyyətli dərəcədə təsirlənir.
Dalğa ötürücü rezonatorlar çox vaxt optik liflərdən (məsələn, fiber lazerlər üçün) və ya inteqrasiya olunmuş optika şəklində hazırlanır. Transvers rejimin xüsusiyyətləri (aşağıya bax) dalğa ötürücüsünün yerli xüsusiyyətləri ilə müəyyən edilir. Həm dalğa ötürücüləri, həm də boş məkanda optik yayılma ilə hissələri olan qarışıq rezonator növləri də var. Xətti (və ya daimi dalğa) rezonatorlar elə hazırlanmışdır ki, işıq iki son güzgü arasında irəli-geri sıçrayır. Davamlı dövran edən işıq üçün həmişə əks yayılan dalğalar mövcuddur ki, onlar bir-birinə müdaxilə edərək daimi dalğa nümunəsi yaradırlar.
Halqa rezonatorlarında işıq iki müxtəlif istiqamətdə dövr edə bilər (həmçinin bax: üzük lazerləri). Üzük rezonatorunun uc güzgüləri yoxdur.
İstənilən halda rezonatorda hər gediş-gəlişdə ötürülən əlavə optik elementlər ola bilər. Məsələn, bir lazer rezonatorunda işığın hər dövrəsində rezonator itkilərini kompensasiya edə bilən bir qazanc mühiti var.
Rezonatorun gediş-gəlişi zamanı işıq onun fəza paylanmasını dəyişdirən müxtəlif fiziki təsirlərə məruz qalır: optik elementlərin difraksiya, fokuslanma və ya fokuslanma təsirləri (bəzən optik qeyri-xəttiləri əhatə edir), xüsusi hallarda həm də istiqamətləndirici, doymuş udma və s.
Xətti rezonatorlar və üzük rezonatorları arasında bəzi mühüm fərqlər bunlardır:
Halqa rezonatorunda işıq iki fərqli istiqamətdə dövr edə bilər. Çıxış birləşdiricisi güzgüsü varsa, bu, iki fərqli çıxış şüasına gətirib çıxarır. Sonunda çıxış birləşdiricisi olan xətti rezonator bu fenomeni nümayiş etdirmir.
Bir rezonatorun içərisindəki optik komponentə işıq üzük lazerində hər dairədə bir dəfə, xətti rezonatorda isə hər dairədə iki dəfə (son güzgülər istisna olmaqla) düşür.
Qismən şəffaf güzgü vasitəsilə xətti rezonatora işıq vurulduqda əks olunan işıq yenidən işıq mənbəyinə yayıla bilər. Bu halqa rezonatoru üçün belə deyil. Buna görə də, optik rəyə qarşı həssas olan lazer mənbəyi ilə rezonans tezliyinin ikiqat artırılması üçün bəzən halqa rezonatorlarına üstünlük verilir.
Xətti toplu rezonator iki sabitlik zonasına malik ola bilər (aşağıya bax), məs. daxili lensin və ya rezonator qolunun uzunluğunun dioptrik gücünün dəyişməsi üçün. Halqa rezonatorunun yalnız bir sabitlik zonası var. (Əgər daxili linza halqa rezonatorunda hər dairədə bir dəfədən çox və ya xətti rezonatorda iki dəfədən çox keçərsə, daha çox sabitlik zonaları ola bilər.)
Halqa rezonatorunun hər bir rezonator güzgüsünə işığın qeyri-normal düşməsi, əgər rezonator güzgüsü əyri səthə malikdirsə, astiqmatizmə səbəb olur. Papyonlu üzük rezonator həndəsəsi tez-tez rast gəlmə bucaqlarını kiçik saxlamaqla astiqmatizmi minimuma endirmək üçün istifadə olunur.
Yüksək Q faktoru olan monolit halqa rezonatorları bütün səthlərdə ümumi daxili əksetmədən istifadə edə bilər və buna görə də heç bir dielektrik güzgü tələb olunmaya bilər.
Stabil və qeyri-sabit toplu optik rezonatorlar
Kütləvi optik rezonatorun dayanıqlığı o deməkdir ki, sistemə ilkin eninə ofset mövqeyi və bucağı ilə yeridilmiş hər hansı bir şüa bir çox dairəvi səfərlər zamanı sistem daxilində qalacaq. Qeyri-sabit rezonatorlar üçün transvers ofsetdə qeyri-məhdud artım nümayiş etdirən şüalar var ki, onlar optik sistemdən çıxacaqlar.
Rezonatorun dayanıqlığı optik komponentlərin xüsusiyyətlərindən və düzülüşündən, əsasən əks etdirən səthlərin əyriliyindən, digər fokuslama effektlərindən və komponentlər arasındakı məsafələrdən asılıdır. Rezonatorda qolun uzunluğu və ya fokuslanma elementinin dioptrik gücü kimi parametr dəyişdikdə, rezonator bir (halqa rezonatorları üçün) və ya iki (dayanıq dalğalı rezonatorlar üçün) sabitlik zonasından keçə bilər. Belə sabitlik zonalarının kənarlarında rezonatorun uclarında şüa ölçüləri bir-birindən ayrıla və ya sıfıra doğru gedə bilər və hizalanma həssaslığı da fərqli ola bilər.
İndi lazerlərin işini izah edirik. Bir lazer ibarətdir

optik rezonator;

gücləndirici mühit.
Bu hissədə rezonatoru nəzərdən keçiririk. Onun funksiyası yüksək işıq enerjisi sıxlığı əldə etmək və emissiya dalğa uzunluqlarına nəzarət etməkdir.

Sarğaç, yay və ya sim kimi mexaniki və ya LRC dövrəsi kimi elektrik rezonatoru bir və ya çoxlu rezonans tezliyinə νres malikdir.

. Hər bir rezonatorun itkiləri var, buna görə enerji verilmədikdə salınım tədricən sönür. İtkilər Şəkil 1-də göstərildiyi kimi rəqsin amplitudasının eksponensial azalmasına səbəb olur.
. Buna görə də salınım sırf monoxromatik deyil, Δν≈1/τ sırasının sonlu bant genişliyinə malikdir.
Şəkil.1-də göstərildiyi kimi
, harada τ
rəqsin amplitudasının ilkin dəyərin yarısına qədər azaldığı vaxtdır.

Optik rezonator qırılma indeksi n olan bəzi materialla dolu bir bölgədir

L məsafədə iki düzlənmiş, yüksək əks etdirən güzgü ilə məhdudlaşır
. Rezonator Fabry-Perot boşluğu adlanır və fərz edək ki, eninə istiqamətlər o qədər böyükdür ki, işığı z boyunca irəli-geri sıçrayan müstəvi dalğa hesab etmək olar.
-iki güzgü arasındakı ox. Qoy ω
tezliyi olsun və k0=ω/c
vakuumdakı dalğa sayı. Müsbət z-də yayılan müstəvi dalğa
- istiqamət verilir:
E(z)=Aeik0nz.

Optik boşluq, rezonanslı boşluq və ya optik rezonator işıq dalğaları üçün boşluq rezonatoru təşkil edən güzgülərin və ya digər optik elementlərin düzülüşüdür. Optik boşluqlar lazerlərin əsas komponentidir, qazanc mühitini əhatə edir və lazer işığının əksini təmin edir. Onlar həmçinin optik parametrik osilatorlarda və bəzi interferometrlərdə istifadə olunur. Boşluqda məhdudlaşan işıq bir neçə dəfə əks etdirir və müəyyən rezonans tezlikləri ilə rejimlər yaradır. Rejimlər yalnız şüanın en kəsiyində müxtəlif intensivlik nümunələri olan tezlik və eninə rejimlərdə fərqlənən uzununa rejimlərə parçalana bilər. Optik boşluğun bir çox növləri daimi dalğa rejimləri yaradır.

Şüşə nanohissəcik optik boşluqda asılır
Müxtəlif rezonator növləri iki güzgünün fokus uzunluqlarına və aralarındakı məsafəyə görə fərqlənir. Düz güzgülər lazımi dəqiqliyə uyğunlaşdırılmasının çətinliyi səbəbindən tez-tez istifadə edilmir. Həndəsə (rezonator növü) elə seçilməlidir ki, şüa sabit qalsın, yəni şüanın ölçüsü çoxsaylı əkslərlə davamlı olaraq böyüməsin. Rezonator növləri, həmçinin minimum şüa beli və ya boşluqda heç bir fokus nöqtəsi (və buna görə də bu nöqtədə sıx işıq) kimi digər meyarlara cavab vermək üçün nəzərdə tutulmuşdur.
Optik boşluqlar böyük Q faktoruna malik olmaq üçün nəzərdə tutulmuşdur bir şüa az zəifləmə ilə çox sayda dəfə əks etdirəcəkdir. Buna görə şüanın tezlikxəttinin eni lazerin tezliyi ilə müqayisədə həqiqətən çox kiçikdir.
(İki güzgülü optik boşluqların növləri, müxtəlif əyriliklərin güzgüləri, hər bir boşluğun içərisində şüalanma nümunəsini göstərən.)