Приборы и техника эксперимента, 2020, № 3, стр. 83-85

Использование в экспериментальной практике неустойчивых резонаторов началось, по-видимому, с пионерской работы A.E. Siegman [1], опубликованной в 1965 г. В результате последовавшего за этим бурного всплеска как экспериментальных, так и теоретических работ были выяснены основные свойства такого типа резонаторов (см., например, [2]). Все это время, вплоть до наших дней, вопросы юстировки неустойчивых резонаторов привлекали к себе внимание (например, [3–6]).

В работе [7] было показано, как точно определить направление оси телескопического резонатора с помощью расширяющегося светового пучка, который заводится в резонатор через отверстие маленького диаметра в вогнутом зеркале резонатора. С практической точки зрения желательно иметь способ настройки резонатора, который не связан с наличием отверстия в одном из зеркал резонатора.

Данная работа посвящена определению оси излучения лазера и юстировке телескопического резонатора с использованием уголкового отражателя.

На рис. 1 изображена оптическая схема предлагаемого способа настройки резонатора.

Рис. 1.

Оптическая схема эксперимента. 1 – лазерная кювета; 2 – вогнутое зеркало резонатора; 3 – выпуклое зеркало резонатора; 4 – вспомогательный лазер; 5 – коллиматор; 6 – уголковый отражатель; а – настройка коллиматора, б – настройка зеркала 3, в – настройка зеркала 2.

В работе использовался неустойчивый резонатор, состоящий из зеркал: вогнутого ∅100 мм (2) и выпуклого ∅33 мм (3). Увеличение резонатора М = 3 при базе 246 мм. Юстировка осуществлялась при помощи коллиматора 5 от оптической скамьи ОСК-3 с апертурой 100 мм и фокусным расстоянием 1 м. Цена деления шкалы коллиматора 15''. В качестве вспомогательного лазера (в.л.) 4 использовался полупроводниковый лазер с апертурой 8 мм и расходимостью ~2'.

На первом этапе юстировки (рис. 1а) необходимо направить луч в.л. 4 по оси лазерной кюветы 1. Для этого луч лазера посылали через лазерную кювету примерно параллельно ее оси. С помощью уголкового отражателя 6 и юстировки в.л. выводили этот луч на ось кюветы. Это направление в.л. в дальнейшем будет направлением оси резонатора.

Далее нужно установить и настроить коллиматор таким образом, чтобы луч в.л., отраженный от уголкового отражателя, проходил через коллиматор и попадал в центр шкалы коллиматора. Используемый коллиматор позволял совместить центр шкалы коллиматора с центром пятна лазера с точностью ~10'' (см. рис. 2). Отметим, что шкала коллиматора уменьшает угловые размеры объектов в 2 раза.

Рис. 2.

Изображение картины совмещения с точностью ~10''.

На следующем этапе (рис. 1б) устанавливаем выпуклое зеркало 3 резонатора. Луч в.л. от уголкового отражателя попадает на выпуклое зеркало, после отражения от него начинает расширяться и после уголкового отражателя обогнет в.л., попадая в коллиматор в виде кольцевого пятна. Юстировкой выпуклого зеркала добиваемся того, чтобы изображение кольцевого пятна было симметричным (см. рис. 3).

Рис. 3.

Изображение в коллиматоре при настроенном выпуклом зеркале.

Остается провести настройку вогнутого зеркала, т.е. всего резонатора в целом. Для этого нужно сдвинуть отражатель 6 так, чтобы луч в.л. 4, отразившись от зеркала 2, прошел мимо отражателя 6 на зеркало 3 (рис. 1в). С помощью юстировки вогнутого зеркала направляем луч в.л. через уголковый отражатель в коллиматор. Предварительная настройка закончится, когда в окуляре коллиматора будет видно пятно в.л. Далее в.л. выключается и включается внутренняя подсветка шкалы коллиматора.

Луч коллиматора будет разбит на две части: первая пойдет по “прямому” пути 5–2–3–6–5, а вторая по “обратному” – 5–6–3–2–5 (см. рис. 1в). В первом случае изображение шкалы будет увеличено в М = 3 раза, а во втором уменьшено в М = 3 раза. Далее с помощью юстировки вогнутого зеркала необходимо совместить центры шкал в коллиматоре. На рис. 4 показано это совмещение центров с точностью ~3''.

Рис. 4.

Совмещение с точностью ~3''.

В результате получаем совпадение осей резонатора и коллиматора с точностью ~3''. Эта величина примерно в 5 раз меньше, чем расходимость лазерного излучения [7].

Если учесть, что ось коллиматора совпадает с осью вспомогательного лазера, то мы получаем возможность наблюдать направление излучения основного лазера.