Un acoplador de salida ( OC ) es el componente de un resonador óptico que permite la extracción de una parte de la luz del rayo intracavitario del láser. Un acoplador de salida suele consistir en un espejo parcialmente reflectante, que permite que una cierta parte del haz intracavitario transmita a través de él. Otros métodos incluyen el uso de espejos reflectantes casi en su totalidad en cada extremo de la cavidad, emitiendo el rayo ya sea enfocándolo en un pequeño orificio perforado en el centro de un espejo o redirigiéndolo mediante el uso de espejos giratorios, prismas o otros dispositivos ópticos, haciendo que el rayo pase por alto uno de los espejos finales en un momento dado.
Espejo parcialmente reflectante
En su forma más común, un acoplador de salida consiste en un espejo parcialmente reflectante , a veces llamado divisor de haz . La reflectancia y transmitancia del espejo suele estar determinada por la ganancia del medio láser . En algunos láseres, la ganancia es muy baja, por lo que el rayo debe hacer cientos de pasadas a través del medio para obtener una ganancia suficiente. En este caso, el acoplador de salida puede ser tan alto como 99% reflectante, transmitiendo solo el 1% del haz de la cavidad que se utilizará. Un láser de colorante tiene una ganancia muy alta en comparación con la mayoría de los láseres de estado sólido, por lo que el rayo necesita hacer solo unas pocas pasadas a través del líquido para alcanzar su ganancia óptima, por lo que el acoplador de salida es típicamente alrededor del 80% reflectante. En otros, como un láser excimer , la reflectividad del 4% del vidrio sin recubrimiento proporciona suficiente espejo, transmitiendo casi el 96% del haz intracavitario.
Los láseres funcionan reflejando la luz entre dos o más espejos que tienen un medio láser activo entre ellos. El medio amplifica la luz mediante emisión estimulada . Para que se produzca el láser, la ganancia del medio activo debe ser mayor que la pérdida total, que incluye efectos no deseados como la absorción , la emisión en direcciones distintas a la trayectoria del haz y la liberación intencional de energía a través del acoplador de salida. En otras palabras, el láser debe alcanzar el umbral .
Hay tres propiedades importantes del acoplador de salida:
- Radios de curvatura
- La forma de la superficie del acoplador de salida, junto con la forma del reflector alto, determinan la estabilidad de la cavidad óptica. El acoplador de salida puede ser plano o curvo , según el diseño de la cavidad óptica. El radio de curvatura se determina típicamente por el tipo de cavidad deseada (es decir: plano / plano, concéntrico, confocal, etc.) junto con el diámetro y la longitud de la cavidad. La cara del acoplador de salida que mira hacia la cavidad es el lado con el revestimiento parcialmente reflectante aplicado. Este es el lado que determina parcialmente las propiedades modales del láser. Si esta superficie interior es curva, también debe serlo la superficie exterior. Esto evitará que el OC actúe como una lente. La curvatura de la superficie exterior puede diseñarse para dar una salida de láser colimada. Esta superficie exterior generalmente tiene un revestimiento antirreflejos aplicado para maximizar la potencia de salida. Para minimizar las pérdidas, mejorar el perfil del haz y maximizar la coherencia, la forma de la superficie generalmente se fabrica con tolerancias de ingeniería muy altas , lo que minimiza cualquier desviación de una superficie ideal. Estas desviaciones generalmente se mantienen tan pequeñas que se miden en longitudes de onda de luz, utilizando dispositivos como interferómetros o planos ópticos . Normalmente, un acoplador de salida de láser se fabricará con tolerancias dentro de λ / 10 (una décima parte de la longitud de onda de la luz) o mejor.
- Dependiendo de la ganancia del medio, la cantidad de luz que el OC necesita para reflejarse puede variar ampliamente. Los láseres de helio-neón requieren alrededor de un 99% de espejo reflectante para emitir el láser , mientras que los láseres de nitrógeno tienen una ganancia extremadamente alta (son " superradiantes ") y no requieren ningún OC (0% de reflectancia). La reflectividad de cualquier OC variará con la longitud de onda . Los espejos recubiertos de metal generalmente tienen una buena reflectividad en un ancho de banda amplio, pero es posible que no cubran una parte completa del espectro. La plata tiene hasta un 99,9% de reflectividad en el rango visual, pero es un pobre reflector de los rayos ultravioleta. El aluminio no refleja bien el infrarrojo, pero es un buen reflector desde el rango visual hasta el UV cercano, mientras que el oro es muy reflectante a la luz infrarroja, pero un reflector pobre de longitudes de onda más cortas que el amarillo. Un espejo dieléctrico puede tener un rango de sintonización tan bajo como 10 nm cuando se diseña para una longitud de onda específica, o puede diseñarse con un rango amplio, que abarca hasta 100 nm, para láseres sintonizables . Por esta razón, es importante considerar las propiedades espectrales del OC cuando se ensambla una cavidad láser.
- El material utilizado como sustrato del espejo también es una consideración importante. La mayoría de los vidrios tienen buena transmisividad desde el UV cercano al IR cercano, pero los láseres que emiten en longitudes de onda más cortas o más largas pueden requerir un sustrato diferente. Por ejemplo, el seleniuro de zinc se usa típicamente en láseres de dióxido de carbono debido a su alta transmitancia a longitudes de onda infrarrojas.
Dumper de cavidades
Un dumper de cavidades es un acoplador de salida que realiza la función de un Q-switch . Permite que la energía se acumule en la cavidad óptica y luego la libera en un intervalo de tiempo específico. Esto permite que el rayo se acumule a niveles altos y luego se libere en muy poco tiempo; a menudo, dentro del tiempo que tarda una onda de luz en completar un viaje de ida y vuelta a través de la cavidad, de ahí el nombre. Después de aumentar la intensidad, la cavidad "descarga" repentinamente su energía. Los volquetes de cavidad suelen utilizar un espejo de alta reflexión en cada extremo de la cavidad, lo que permite que el haz reciba una ganancia completa del medio. En un intervalo específico, el haz se redirige mediante un dispositivo como una celda de Pockels , un modulador acústico-óptico o un prisma o espejo de rotación rápida. Este rayo redirigido pasa por alto el espejo del extremo, lo que permite que se emita un pulso muy potente. Los dumpers de cavidad se pueden utilizar para el funcionamiento de onda continua, pero su uso más común es con láseres de modo bloqueado , para extraer un pulso muy corto en su intensidad máxima. [1]
Ver también
Referencias
- ^ Principios de los láseres por Orazio Svelto - Springer 1998 Página 368