Тема: Выбор зеркал для мощного импульсного твердотельника.

[ngl]

Здравствуйте!

Посоветуйте, пожалуйста, какие зеркала лучше использовать в импульсном лазере на неодимовом стекле.
Штука будет довольно мощная, если все получится как задумано, то энергия импульса будет 10-20Дж.

Насколько я понимаю, при таких энергиях речь может идти только о диэлектрических зеркалах, но остается вопрос их геометрии.
Плоские зеркала трудно юстировать, поэтому для первой конструкции хотелось бы обойтись без них...
А вот можно ли использовать вогнутые, выдержат ли они (или активный элемент, если конструкция симметричная) огромную плотность энергии в перетяжке?

Или можно сместить фокус зеркала и подвесить его в "воздухе"? Что в этом будет плохого?
Как правильно поступить, какой выбрать радиус кривизны?

У меня есть комплект зеркал от ЛТИ-502 (вогнутое глухое и плоское полупрозрачное), я смогу их использовать или нужно искать что-то другое?

Заранее благодарен за ответ)
 

[Apofis]

В мощных лазерах применяются обычно неустойчевые резонаторы, например телескопический.

[Gall]

Перетяжка в любом случае в воздухе будет. Главное, чтобы воздух в ней не пробило. А то ведь может.

[ngl]

Перетяжка в любом случае в воздухе будет. Главное, чтобы воздух в ней не пробило. А то ведь может.

Здравствуйте, Gall.
Не смог сразу найти, но в какой-то теме на этом форуме вы писали, что в случае когда одно зеркало сферическое, а другое плоское, их обычно располагают на таком расстоянии, чтобы фокус сферического зеркала лежал на плоском. В этом случае перетяжка разве не окажется на плоском зеркале?

 

[Gall]

Значит, не надо делать одно плоским и без дополнительных линз. При одном плоском зеркале перетяжка получится на этом зеркале. Доказательство: плоское зеркало работает как повторение оптической схемы (плоское зеркало можно заменить отражением схемы в этом зеркале). Поскольку схема симметрична, единственная перетяжка должна быть в ее центре. Но центр - в данном случае плоскость симметрии, то есть зеркало.

Два вогнутых зеркала - нормально. С линзами - тоже можно: всюду оперировать толстым лучом. Вообще мощность проще получать за счет толщины луча, тогда точно нигде не пробьет и пригорать меньше будет. Но не всегда это допустимо по соображениям когерентности и модового состава.

[ngl]

Спасибо, Gall!
Ваши ответы очень ценны для меня.
При моих пока совсем небольших знаниях в области оптики и лазерной техники, на поиск ответов на практические вопросы в книгах уходит очень много времени. А лазер построить хочется) 
Поэтому позвольте задать еще несколько вопросов.

Два вогнутых зеркала - нормально. С линзами - тоже можно: всюду оперировать толстым лучом. Вообще мощность проще получать за счет толщины луча, тогда точно нигде не пробьет и пригорать меньше будет. Но не всегда это допустимо по соображениям когерентности и модового состава.

Я правильно понимаю, что при использовании вогнутых зеркал, перетяжка где-то в резонаторе обязательно будет присутствовать (в центре резонатора, если зеркала с одинаковой кривизной)?
Но активный элемент тоже не любит большой плотности энергии, поэтому лучше добиться того, чтобы перетяжка находилась вне его?

А если добавить линзы, то можно сделать так, чтобы луч везде был толстый, а резонатор при этом оставался стабильным?

[Gall]

Перетяжка в том или ином виде присутствует вообще всегда. Когда в резонаторе есть любой фокусирующий элемент, это может быть вогнутое зеркало или линза, положение перетяжки становится легко предсказуемым. Из геометрической оптики это точка, изображение которой после отражений и преломлений попадает в саму себя, т.е. сфокусированные в ней лучи в ней же и сфокусируются. В реальном лазере - считать с поправкой на дифракцию по формуле для гауссовых пучков, геометрическая оптика дает чуть-чуть неверный результат.

Если резонатор лазера симметричен, перетяжка будет в центре резонатора. Если резонатор несимметричен, но одно из зеркал плоское, пара из резонатора и его отражения будет симметрична относительно этого зеркала, и зеркало можно рассматривать как центр симметрии. Вообще плоские зеркала можно игнорировать, считая их просто продолжением схемы по прямой. К стоящим под углом плоским зеркалам тоже относится, развернуть схему в прямую линию и все. Линзы и вогнутые зеркала - элементы равноценные, они просто что-то где-то фокусируют. По сути, вогнутое зеркало - это эквивалент пары из плоского зеркала и линзы. Зеркало в целом более устойчиво к излучению, чем линза, но в достаточно толстом луче это все равно, а линза может быть просто дешевле. Еще не пренебрегайте зеркалами на нелинейных эффектах - ВРМБ, это дешево и может хорошо работать.

Вот мелкая опенсорсная программка, умеющая считать, как пойдет луч: http://gaussianbeam.sourceforge.net/

В мощном не газовом лазере перетяжку как правило лучше делать в воздухе, чтобы ничего ею не повредить. И даже в воздухе не надо делать ее слишком тонкой, а то и воздух пробить может. Если нужна большая мощность, часто лучше делать схему генератор-усилитель.

[ngl]

Gall, спасибо большое за ответ!
Редко удается встретить столь четкое и понятное объяснение)