Resonador inestable

definición:
Para resonadores ópticos con desplazamiento de haz lateral dinámicamente inestable.

De acuerdo con los detalles de diseño, los resonadores ópticos son estables o inestables para el desplazamiento del haz lateral. Si la cavidad resonante es estable, cualquier rayo geométrico con desplazamiento lateral o ángulo que no sea demasiado grande permanecerá en el sistema y se moverá hacia adelante y hacia atrás. Para cavidades de resonancia inestables, esta luz eventualmente saldrá.  
Las propiedades de los modos de cavidad resonante varían mucho entre condiciones estables e inestables. Las cavidades de resonancia inestables tienen algunas propiedades especiales:

1. Los patrones típicamente tienen fuertes pérdidas de difracción (con cada viaje de ida y vuelta siendo...)50%o más alto).  
2. La pérdida de difracción de los modos de orden superior es mayor. Este reconocimiento intrínseco de patrones hace que sea más fácil lograr el funcionamiento en modo lateral único de los láseres.  
3. Especialmente en el caso de difracción en el borde duro de la cavidad resonante, la sección transversal en modo transversal es muy compleja y generalmente tiene una estructura en forma de anillo. En este punto, solo se pueden usar métodos numéricos para calcular la sección transversal del modelo. En algunas cavidades resonantes con aberturas suaves (como se muestra a continuación), sus propiedades de modo se pueden estimar mediante métodos analíticos.  
4. En una cavidad de resonancia lineal inestable, los frentes de onda de los dos haces opuestos no coinciden entre sí, y por lo tanto no coinciden con las superficies de los dos espejos extremos.  

La inestabilidad no significa que esta cavidad resonante sea menos robusta que una cavidad resonante estable. Por el contrario, la sensibilidad de alineación de cavidades resonantes inestables es menor que la de cavidades resonantes estables, y el uso de cavidades resonantes inestables ha logrado láseres de alta potencia muy robustos.  

Acoplamiento de salida de cavidad de resonancia láser inestable 
Por lo general, la pérdida de difracción de los resonadores láser inestables se utiliza como una salida láser útil. El acoplador de salida es un espejo láser común, en el que la distribución de campo excede el borde del espejo, por lo que algo de luz puede pasar a través del espejo y salir (como se muestra en la figura).uno）. Aunque hay un agujero en la región de campo cercano de la sección transversal del haz de salida, el ángulo de divergencia del haz es muy pequeño. Por lo tanto, la calidad del haz de este láser de muy alta potencia que utiliza una cavidad resonante inestable es mayor que la que utiliza una cavidad resonante estable, especialmente cuando la pérdida de difracción es grande y el orificio es muy pequeño.  

 

imagenunoCavidad de resonancia láser inestable con acoplamiento de salida en el reflector del borde duro.  
 

imagendosCavidad de resonancia láser inestable con acoplamiento de salida en el espejo raspador. Si se utiliza un espejo raspador (como se muestra en la figura)dosUn espejo inclinado con agujeros elípticos, que puede“raspar fuera”Algunos haces de luz que se mueven hacia adelante y hacia atrás dentro de la cavidad.  
Adicionalmente, se puede usar un espejo de reflectividad variable, donde la reflectividad disminuye a medida que aumenta la distancia desde el eje del haz, generalmente de acuerdo con ecuaciones gaussianas o hipergaussianas. Este esquema puede evitar la estructura circular de la sección transversal típica del haz de salida de campo cercano y es generalmente adecuado para obtener hazes de alta calidad.  
A veces, una cavidad resonante es estable en una dirección e inestable en la otra dirección. Esta cavidad de resonancia híbrida se utiliza típicamente en haces con alta elipticidad.  

Ventajas y limitaciones de los resonadores láser inestables 
La mayoría de los resonadores láser son estables, pero los resonadores inestables tienen ventajas significativas en ciertas situaciones. Especialmente, puede obtener un haz láser de muy alta potencia con alta calidad de haz. El problema común con la estabilización de una cavidad resonante en esta situación es la incapacidad de lograr un modo de cavidad resonante fundamental suficientemente grande, o la sensibilidad de este modo a las lentes termicas y la desalineacion. El modo fundamental de la cavidad resonante inestable representa una gran proporción, y la ganancia neta es mucho mayor que la de los modos de alto orden. Además, no es sensible a la desalineación. Sin embargo, este principio solo se aplica cuando el medio de ganancia puede proporcionar ganancia suficiente. En pulso flash o bombeo de diodoYAGEste es el caso en láseres de gas metálico, láseres excímeros y láseres químicos. Sin embargo, su aplicación a láseres de baja ganancia, tales como láseres de dióxido de carbono o láseres de estado sólido bombeados con lámpara de onda continua, puede ser difícil y típicamente da como resultado una calidad de haz bajo.