Synthesis of solid-state laser resonator with thermo-optically distorted active element

Abstract

Рассмотрены особенности синтеза устойчивых резонаторов твердотельных ла-зеров, формирующих эрмит-гауссовы пучки. Получены формулы, связывающие параметры лазерного пучка на входе и выходе активного элемента с параболи-ческим профилем его показателя преломления. Разработана методика синтеза резонаторов твердотельных лазеров, обеспечивающая согласование характери-стик термооптически искаженного активного элемента с пространственными параметрами формируемого пучка, и рассмотрены примеры синтеза. Введение. Современные твердотельные лазеры и устройства на их основе широко при-меняются в различных областях науки, техники и медицины [1][2][3][4][5][6][7]. Важнейшей и неотъем-лемой частью лазера является оптический резонатор [8][9][10].Известно [4,8, 9,[11][12][13][14][15][16], что в активных элементах твердотельных лазеров под дейст-вием излучения источника оптической накачки возникает неоднородный профиль распреде-ления температуры, так как сильнее нагревается центральная (приосевая) часть элемента. По-скольку показатель преломления среды зависит от температуры, то изначально оптически од-нородная среда перестает быть таковой. Исследования [11, 12, 14-16] показали, что профиль показателя преломления (п) термооптически искаженного твердотельного активного элемен-та радиусом  является параболическим (рис. 1, а):где r -расстояние от оптической оси до соответствующей точки в поперечном сечении ак-тивного элемента; 0 n -показатель преломления на оси ( 0 r  ); 2 n -коэффициент, опреде-ляющий степень радиальной неоднородности распределения показателя преломления; коэф-фициент 2 n зависит от производной n T   , коэффициентов термоупругости и фотоупруго-сти активного элемента, а также от параметров накачки. Среду с распределением показателя преломления (1) называют градиентной или квадра-тичной. Действие такой среды на проходящее излучение аналогично линзе, которую (в силу специфики ее возникновения) называют "тепловой". В выражении (1) знак "минус" перед вторым слагаемым означает, что тепловая линза является собирающей. Тепловая линза в твердотельном активном элементе схематически показана на рис.