Селекция поперечных мод

Вскоре после того, как появился лазер, было обнаружено, что наклон зеркал приводит к значительным изменениям в наблюдаемой модовой структуре. Осью резонатора является линия, проходящая через центры кривизны обоих зеркал. Для того чтобы объем моды в активном веществе был максимален, с этой осью совмещают ось активного элемента. При наклоне зеркал ось резонатора сдвигается, а это может повлиять на усиление, так как объем активного вещества уменьшается для одной моды и увеличивается для другой. Тот факт, что используются различные области активного вещества, сказывается также на усилении, и поскольку в поперечном сечении активного элемента, как правило, присутствуют градиенты инверсной населенности, это может приводить к любопытным эффектам. Различные области на зеркалах и на брюстеровских окнах образуют резонатор и поэтому любые нерегулярности коэффициента отражения и пропускания и т. д. вызывают изменение добротности. Атмосферная пыль также оказывает влияние на моды и может причинять массу неудобств, являясь источником шума в выходном излучении.

Одним из самых простых методов является увеличение длины резонатора. Так как число Френеля N_ф = а²/(Ll₀), то увеличивая L, можно добиться уменьшения числа Френеля до нужного уровня. Однако при этом длина резонатора должна составлять десятки метров, что практически реализовать трудно.

Другим сравнительно простым методом селекции является введение в резонатор диафрагм. Подбирая размер диафрагмы, можно погасить моды высших порядков. Однако в этом случае вносятся значительные потери основной моды ТЕМ₀₀. Если диафрагму разместить на расстоянии L/2 от выходного зеркала, то можно получить соотношение а₁а₂/L» 0.3, при выполнении которого достигается подавление мод высоких порядков при наименьших потерях основной моды (а₁, а₂ – радиусы диафрагмы и пучка соответственно).

Одним из вариантов метода селекции с помощью диафрагмы, внесенной в резонатор, является селекция с помощью двух линз и диафрагмы. Диафрагма устанавливается в фокусе центральной моды, остальные же моды поглощаются диафрагмой. Эта система очень критична к настройке, так как небольшое смещение диафрагмы приводит к срыву генерации, недостатком этого метода является обгорание краев диафрагмы.

Следующим методом селекции поперечных типов колебаний является использование резонатора с выпуклым сферическим зеркалом. Центр зеркала находится в фокусе линзы. Эта система высокоселективна. Селективность тем выше, чем больше фокусное расстояние линзы и чем меньше диаметр активной среды.

Метод, в котором используется явление полного внутреннего отражения в призме, предполагает расположение призмы таким образом, что критический угол полного внутреннего отражения соответствует основной моде.