Mavzu: Optik rezonatorlar. Mundarija: I. Kirish. I. Bob. Lazerlar haqida umumiy ma’lumot

L=q(λ/2) – rezonator uzunligi, q – musbat butun son, n_F - n_XF=∆n_F – rezonator uzunlik birligiga to’g’ri kelgan fo­tonlar sonining o’zgarishi, n_F–rezonator uzunlik birligiga to’g’ri kelgan fotonlarning to’liq soni, n_XF – rezonatordan chiqib yo’qolgan fotonlar soni, s – yorug’likning bo’shliqdagi tezligi. 5-rasmda sxematik ravishda rezonator oralig’idagi fotonlar va rezonatordan chiqib yo’qoladigan fotonlar tasvirlangandir.
Yo’qotish koeffisiyenti quyidagi birliklarda o’lchanadi:
, (2.9)
yoki
, . (2.10)

5-rasm. Rezonatorning 50 foizi qaytaradigan ko’zgusi orqali chiqib yo’qoladigan n_F fotonlarning va rezonatorda paydo bo’lgan n_F fotonlarning sxematik ko’rsatish.

Rezonatorda mavjud bo’lgan boshqa tipdagi ichki yo’qotish koeffisiyentlari, aktiv moddada lazer nurining yutilishi, sochilishi va rezonator chetidan difraksiya bilan aniqlanadi. Generasiya nurlanishining aktiv moddada yutilishi (uyg’ongan atomlarning yuqori energetik sathlarga ko’chishi) tufayli ge­nerasiya nurlanishining kamayishi mumkin. Shuningdek aktiv moddadagi nojinsliliklaridan va kristallning defektlaridan lazer nurlari sochilib rezonatordan chiqib yuqolishi ham mumkin. O’sha aktiv modda bilan bog’langan ichki yo’qotish ko­effisiyenti: γ_i(v) = 5∙10^-2 - 2∙10^-2sm^-1 ni tashkil etadi. Difraksiya tufayli mavjud bo’lgan yo’qotish koeffisiyenti esa γ_d(v)=10^-4∙10^-3sm^-1 ni tashkil etadi. Shu xildagi yo’qotish 'koeffisiyentlari rezonator ko’zgulari o’tkazishi bilan bog’langan yo’qotish koeffisiyentiga nisbatan juda ham kichikdir.

Rezonator ko’zgularining qaytarish koeffisiyenti bilan bog’langan yo’qotish koeffisiyentini aniqlab baholaymiz. Buning uchun rezonatordagi fotonlarning chiziqli zichligi n_F har safar ko’zgulardan qaytganda n_XF= n_F– ∆n_F = n_FR qismini yo’qotadi. O’shanga ko’ra yozish mumkin:
, (2.11)
Bu yerda R – ko’zgularning qaytarish koeffisiyenti (R=R₁R₂). Fotonlarning rezonator uzunligini bir marta to’liq o’tishida yo’qolishi (2.7), (2.8) va (2.11) formulalarga ko’ra quyidagicha ifodalanadi:
. (2.12)
Aktiv moddaning sindirish ko’rsatkichini hisobga olsak, yo’qotish koeffisiyenti quyidagi ko’rinishda bo’ladi:
, (2.13)
yoki
, (2.14)
Demak, yo’qotish koeffisiyenti ko’zgularning qaytarish koeffisiyentiga bog’liq. Qaytarish koeffisiyenti R birga intilsa, yo’qotish koeffisiyenti nolga intiladi, fotonlar rezonatorni tashlab tashqariga chiqmaydi. Odatda rezonator ko’zgularining biri yorug’likni qisman qaytaruvchi va yorug’likni qisman o’zi orqali o’tkazuvchan qilib tayyorlanadi. Yorug’likni qisman o’tkazuvchi ko’zgu orqali lazer nurlanishi tashqariga chiqadi va tarqaladi. Bir tomondan o’sha ko’zguning foydali xususiyati va ikkinchidan generasiya boshlanmasdanoq rezonatorda paydo bo’lgan moda fotonlarini o’zi orqali chiqarib yo’qotishi generasiyaning quyi chegarasini oshiradi. Ikkinchi xususiyati yo’qotish koeffisiyentini oshiradi. Yo’qotish koeffisiyenti barcha aksial modalar uchun bir xil miqdorda bo’ladi.
Fotonning rezonatorda yashash vaqti ∆t_F yo’qotish koeffisiyentiga quyidagicha bog’liq:
. (2.15)
Rezonatorning aslligi yo’qotish koeffisiyentiga teskari proporsional, ya’ni
. (2.16)
Rezonator spektrining kengligi δv rezonator aslligiga va yo’qotish koeffisiyentiga bog’liq, ya’ni
, (2.17)
, (2.18)
yoki
, [sm^-1]. (2.19)
Rezonans chastotalar farqini (δv) fotonning rezonatorda yashash vaqti bilan ∆t_F ifodalash mumkin:
. (2.20)
Bundan ko’rinadiki, qisqa muddatli generasiyaning spektri keng bo’ladi. Shuni ham aytish lozimki, rezonatorning qaytarish koeffisiyenti bilan bog’langan yo’qotish koeffisiyentidan tashqari rezonator ko’zgularining chetlaridan yorug’likning difraksiyasi tufayli mavjud bo’lgan difraksion yo’qotish koeffisiyenti ham mavjuddir. Rezonatorning optik o’qi bo’ylab tarqalayotgan yassi to’lqin ko’zgularning biridan qaytganda konus hosil qilib tarqaladi va tarqalish burchagi φ=λ/a bo’ladi. Shu φ burchak kattalashib borgan sari lazer nurining katta qismi ko’zgular chetlaridan difraksiyalanib, rezonztorlan chiqib yo’qoladi. Rezonatordan chiqib yo’qolgan lazer nuriniig nisbiy qiymati kattalik bilan aniqlanadi. Shu kattalikning kvadrati lazer nurining difrak­sion yo’qotish koeffisiyentini ifodalaydi:
(2.21)
N_F –Frenel zonalarining soni.
Shunday qilib, Frenel zonalari soni rezonatorning aslligini ifodalovchi asosiy kattaliklardan biridir.
Lazer nurlanishi generasiyasining paydo bo’lishi kuchayish koeffisiyenti G(v) va yo’qotish koeffisiyenti γ(v) ning quyidagi munosabati bilan aniqlanadi: