Призмы в лазерах

 

E₁ = C₁e₁ + C₂e₂,                                            (3)

 

где e₁ и e₂ — единичные взаимно перпендикулярные векторы (e₁²  = e₂²  = 1, e₁e₂ = 0), параллельный и перпендикулярный электрическому вектору E₀ исходного линейно поляризованного излучения с азимутом колебаний χ₀; С₁ и С₂ — в общем случае комплексные амплитудные множители. Сравнивая (2) и (3), получаем

 

С1 = (Е1е1) = A1(se1) + B1(e1[n0s]).                              (4)

 

Очевидно, доля отраженной призмой энергии  излучения для исходной линейной gоляризации есть не что иное как |C₁|². Тогда для коэффициента отражения излучения этой поляризации имеем R = |C₁|²/|E₀|², что с учетом (1), (2), (4) приводит к следующему выражению:

 

R = 1 – sin²2χ₀ cos²Δ.

 

Это выражение можно преобразовать  к виду, куда входит явная зависимость  от показателя преломления призмы n₁ = n (n₂ = 1 — граница с воздухом):

 

R = 1 – sin²2χ₀ /(n² – 1)².

 

При использовании в лазерах  призменных отражателей типа призмы-крыши  в роли концевого отражателя во избежание потерь в резонаторе следует строго соблюдать ориентацию призмы относительно направления колебаний электрического вектора Е₀ генерируемого лазером линейно поляризованного излучения.

Призма-крыша как концевой отражатель часто применяется также в  оптических схемах лазеров с модуляцией добротности резонатора. Наибольший интерес представляет схема, в которой  призменный отражатель ПВО связан с  ЭЭ — элементом Поккельса либо ячейкой Керра (рис. 5). Отражательная способность оптической системы ЭЭ + призма-крыша существенно зависит от взаимной ориентации направления колебаний вектора Е падающего на нее линейно поляризованного излучения, главных направлений колебаний в ЭЭ и ребра призмы при вершине ее прямого угла.

Рисунок 5 – Оптическая схема призменного отражателя полного внутреннего отражения с электрооптическим элементом: 1 — поляризатор, 2 — электрооптический элемент, 3 — призма-крыша

 

При использовании таких затворов-отражателей  в моноимпульсных лазерах следует  различать два крайних состояния  лазерной системы: с низкой добротностью резонатора (накопительный режим) и  с высокой добротностью, когда  генерируется моноимпульс. Первое состояние отвечает так называемому закрытому состоянию электрооптического затвора и характеризуется высоким уровнем потерь в резонаторе, а именно таким, чтобы удержать систему от генерации при достаточно высоких уровнях накачки лазерного элемента. При этом коэффициент отражения R должен быть минимальным (идеальный случай R ~ 0). Во втором крайнем состоянии лазерная система должна обладать минимумом потерь (открытое состояние затвора), т. е. в этом случае коэффициент отражения должен быть достаточно высоким (R ~ 1). Важно также, чтобы перепад потерь в указанных двух крайних состояниях лазерной системы был максимальным, а время их переключения из одного состояния в другое по возможности короче.

 

Заключение 

Зависимость отражательной способности  призмы полного внутреннего отражения  от поляризации падающего на нее  излучения может быть использована для реализации оптической схемы моноимпульсного лазера с комбинированным затвором-отражателем (электрооптический элемент + призма полного внутреннего отражения), обеспечивающим существенное уменьшение управляющего напряжения на электрооптическом элементе.

 

 

 

 

 

 

 

 

Литература 

1 Теория оптических систем: Учебник для студентов приборостроительных специальностей вузов/ H. П. Заказнов, С. И. Кирюшин, В. Н. Кузичев.— 3-е нзд., перераб. и доп. — М.: Машиностроение, 1992. — 448 с.

2 Креопалова Г. В., Лазарева Н. Л., Пуряев Д. Т. Оптические измерения: Учебник для вузов по специальностям «Оптико-электронные приборы» и «Технология оптического приборостроения»/Под общ. ред. Д. Т. Пуряева. — М.: Машиностроение. 1987. — 264 с.

3 Петров Н. С. Призма полного внутреннего отражения в лазерном резонаторе с поляризованным излучением // Журнал Прикладной Спектроскопии. – 2009., Т. 76. - Вып. 6. – с. 934-938.