Cavidad óptica
Una cavidad óptica , cavidad resonante o resonador óptico es una disposición de espejos que forma un resonador de cavidad de onda estacionaria para ondas de luz . Las cavidades ópticas son un componente importante de los láseres , rodean el medio de ganancia y proporcionan retroalimentación de la luz láser. También se utilizan en osciladores paramétricos ópticos y algunos interferómetros . La luz confinada en la cavidad se refleja varias veces, produciendo ondas estacionarias para ciertas frecuencias de resonancia. Los patrones de ondas estacionarias producidos se denominan modos; los modos longitudinales difieren solo en la frecuencia, mientras que los modos transversales difieren en diferentes frecuencias y tienen diferentes patrones de intensidad a lo largo de la sección transversal del haz.
Los diferentes tipos de resonadores se distinguen por las distancias focales de los dos espejos y la distancia entre ellos. Los espejos planos no se utilizan con frecuencia debido a la dificultad de alinearlos con la precisión necesaria. La geometría (tipo de resonador) debe elegirse de modo que el haz permanezca estable, es decir, el tamaño del haz no crezca continuamente con múltiples reflexiones. Los tipos de resonador también están diseñados para cumplir con otros criterios, como la cintura mínima del haz o no tener un punto focal (y, por lo tanto, una luz intensa en ese punto) dentro de la cavidad.
Las cavidades ópticas están diseñadas para tener un factor Q grande ; [1] un haz se reflejará un gran número de veces con poca atenuación . Por lo tanto, el ancho de la línea de frecuencia del haz es muy pequeño en comparación con la frecuencia del láser.
La luz confinada en un resonador se reflejará varias veces en los espejos y, debido a los efectos de la interferencia , solo ciertos patrones y frecuencias de radiación serán sostenidos por el resonador, y los demás serán suprimidos por la interferencia destructiva. En general, los patrones de radiación que se reproducen en cada viaje de ida y vuelta de la luz a través del resonador son los más estables, y estos son los modos propios, conocidos como modos , del resonador. [2]
Los modos de resonador se pueden dividir en dos tipos: modos longitudinales , que difieren en frecuencia entre sí; y modos transversales , que pueden diferir tanto en la frecuencia como en el patrón de intensidad de la luz. El modo transversal básico o fundamental de un resonador es un haz gaussiano .
Los tipos más comunes de cavidades ópticas consisten en dos espejos planos (planos) o esféricos enfrentados. La más simple de ellas es la cavidad plano-paralela o de Fabry-Pérot , que consta de dos espejos planos opuestos. [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] Si bien es simple, esta disposición rara vez se usa en láseres a gran escala debido a la dificultad de alineación; los espejos deben alinearse en paralelo dentro de unos pocos segundos de arco , o la "salida" del haz intracavitario dará como resultado que se derrame por los lados de la cavidad. Sin embargo, este problema se reduce mucho para cavidades muy cortas con una distancia de separación entre espejos pequeña ( L< 1cm). Por lo tanto, los resonadores plano-paralelos se usan comúnmente en láseres de microchip y microcavidad y láseres semiconductores . En estos casos, en lugar de usar espejos separados, se puede aplicar directamente un revestimiento óptico reflectante al propio medio láser. El resonador plano-paralelo es también la base del interferómetro de Fabry-Pérot .
