9.3.2.  Использование неустойчивых резонаторов

В свое время счита­ли, что лазерная генерация при использовании неустойчивого ре­зонатора невозможна, поскольку такой резонатор не удерживает внутри себя излучение. Однако исследования продемонстрирова­ли жизнеспособность лазеров с неустойчивыми резонаторами. Как оказалось, такие резонаторы можно использовать тогда, когда ак­тивная среда обладает достаточно большим усилением – не ниже 10 –  20 % на проход по резонатору. При этом был обнаружен ряд преимуществ неустойчивых резонаторов перед устойчивыми.

Одно из таких преимуществ – повышенные селективные свой­ства неустойчивых резонаторов, формирующих световые пучки с высокой степенью когерентности. Для селекции основ­ной поперечной моды выгодно обеспечить условия, когда относи­тельно велики дифракционные потери, поскольку дифракция при­водит к срыву генерации прежде всего поперечных мод более высоких порядков. Для неустойчивых резонаторов дифракционные потери всегда велики; в этих резонаторах указанные потери вы­ступают в роли излучательных потерь. Поэтому неудивительно, что лазер с неустойчивым резонатором генерирует обычно только основную поперечную моду ТЕМ00. При этом часто достигается предельно малая расходимость светового пучка, определяемая апертурой самого пучка (так называемая дифракционная расхо­димость):

,

где  – угол расходимости светового пучка,  – длина волны из­лучения, dдиаметр светового пучка.

В качестве примера мы рассматривали (см. рис. 7.9) неустойчивый ре­зонатор телескопического типа. Как уже отмечалось, из такого ре­зонатора выходит излучение с практически плоским фронтом (с точностью до дифракционной расходимости).