ПЕРФОРИРОВАННОЕ ВЫХОДНОЕ ЗЕРКАЛО ДЛЯ ЛАЗЕРНОГО РЕЗОНАТОРА

Одним из ключевых элементов лазерных резонаторов является выходное зеркало, обеспечивающее передачу излучения в рабочую область. В данной работе исследуется возможность использования медных перфорированных зеркал в качестве временного решения перед установкой зеркал из селенида цинка (ZnSe).

Исходные данные и выбор материала. Активная среда (АС) в данной системе представляет собой параллелепипед с квадратным сечением 75×75×370 мм. В качестве выходного зеркала рассмотрен вариант его расположения как описывающего АС, также выходное зеркало является плоским и используется в устойчивом резонаторе. Для снижения потерь предлагается использовать медные зеркала с коэффициентом отражения ≈99% для длины волны 10,6 мкм [1]. Основные параметры системы включают интенсивность излучения, начальную температуру, потери на зеркалах и длину резонатора.

Перфорированные медные зеркала используются в качестве промежуточного этапа для оценки параметров работы лазера перед установкой зеркал из ZnSe [2]. Они позволяют достичь рабочего режима, не подвергая дорогостоящие элементы риску повреждения.

Расчеты и результаты. При расчете выходных параметров лазерного резонатора с перфорированным зеркалом следует учитывать несколько источников потерь [3]:

• дифракционные потери (≤ 1%);
• потери на зеркалах (≈1%), обусловленные частичным поглощением и рассеянием излучения;
• потери на поглощение в активной среде (пренебрежимо малы);
• потери из-за дифракции излучения на малых «апертурах», которые образуются между отверстиями;
• потери на рассеяние и поглощение излучения на кромках отверстий.

Расчеты осуществлялись по формулам (1-6):

                                                                                      (1)

где d₀ – диаметр отверстий.

                                                                                       (2)

где h – средняя ширина неблагоприятной зоны.

                                                          (3)

где I_s– интенсивность насыщения;

t – коэффициент пропускания, определим его по формуле (4);

F – площадь поперечного сечения активной среды, определим ее по формуле (5);

k₀ – коэффициент усиления слабого сигнала.

                                                                                          (4)

где n – число отверстий,

S₀ – площадь одного отверстия.

                                                                                            (5)

Расстояние между отверстиями определим по формуле (6):

                                                                                             (6)

При расчетах использовались экспериментальные номограммы для определения ключевых составляющих потерь [3].

Оптимизация конструкции перфорированного зеркала показала, что при диаметре отверстий 4 мм необходимо разместить 28 отверстий с интервалом 8 мм в шахматном порядке. Данный вариант минимизирует потери и обеспечивает максимальную выходную мощность.

Рисунок 1. Зависимость выходной мощности от коэффициента пропускания

Применение перфорированных медных зеркал является эффективным решением для предварительной настройки лазерного резонатора перед установкой зеркал из ZnSe. Оптимальное расположение отверстий в зеркале позволяет снизить потери излучения и повысить выходную мощность лазера. Дальнейшие исследования могут быть направлены на изучение влияния различных геометрических параметров отверстий на эффективность работы резонатора.