Resonadores ópticos y modos de cavidad
Un resonador óptico confina la luz entre espejos, soportando modos longitudinales y transversales discretos que configuran el espectro y el haz de un láser.
Definition
Un arreglo de espejos que atrapa la luz en ondas estacionarias o circulantes, soportando un conjunto discreto de modos longitudinales y transversales resonantes caracterizados por sus frecuencias, perfiles espaciales y pérdidas.
Scope
Este tema abarca las cavidades ópticas que proporcionan retroalimentación en los láseres y que actúan como filtros espectrales. Incluye los resonadores Fabry-Perot y confocales, los modos longitudinales establecidos por la condición de fase de ida y vuelta y su espaciado, los modos transversales y sus perfiles gaussianos y Hermite-gaussianos, la condición de estabilidad para cavidades de dos espejos, el factor de calidad y la vida útil del fotón, la finura y el rango espectral libre, y la relación entre las pérdidas del resonador y el ancho de línea del láser. Explica cómo la cavidad determina qué frecuencias y patrones espaciales oscilan.
Core questions
- ¿Qué frecuencias y patrones espaciales pueden resonar en una cavidad dada?
- ¿Qué condiciones hacen que un resonador de dos espejos sea estable?
- ¿Cómo caracterizan la finura, el factor de calidad y la vida útil del fotón a un resonador?
- ¿Cómo selecciona el resonador los modos longitudinales y transversales del láser?
Key concepts
- Resonador Fabry-Perot
- modos longitudinales
- modos transversales
- rango espectral libre
- finura
- factor de calidad
- condición de estabilidad de la cavidad
- vida útil del fotón
Key theories
- Modos longitudinales y la condición de resonancia
- Solo las longitudes de onda para las cuales la trayectoria óptica de ida y vuelta es un número entero de longitudes de onda resuenan, lo que da un peine de modos longitudinales cuyo espaciado está determinado por la longitud de la cavidad.
- Modos transversales y estabilidad de la cavidad
- El campo transversal forma modos gaussianos y de orden superior Hermite- o Laguerre-gaussianos; una cavidad de dos espejos soporta modos confinados estables solo cuando sus curvaturas de espejo y su espaciado satisfacen la condición de estabilidad del resonador.
Clinical relevance
El diseño del resonador fija la longitud de onda, el ancho de línea y la calidad del haz de los láseres médicos y de diagnóstico, y las cavidades ópticas de alta finura sirven como elementos selectivos de frecuencia en los sensores espectroscópicos utilizados para el análisis de la respiración y la sangre.
History
El interferómetro Fabry-Perot de la década de 1890 se convirtió en el prototipo del resonador óptico. Cuando Schawlow y Townes propusieron el láser óptico en 1958, el paso clave más allá del máser fue utilizar una cavidad de espejo abierta para proporcionar retroalimentación y seleccionar modos en longitudes de onda ópticas.
Key figures
- Charles Fabry
- Alfred Perot
- Arthur L. Schawlow
Related topics
Seminal works
- siegman1986
- salehteich2019
Frequently asked questions
- ¿Qué establece el espaciado entre los modos longitudinales de un láser?
- El espaciado en frecuencia es igual a la velocidad de la luz dividida por el doble de la longitud de la cavidad óptica, por lo que las cavidades más largas tienen modos más espaciados.
- ¿Por qué debe ser estable una cavidad láser?
- En un resonador estable, un rayo rebota de un lado a otro sin salirse de los espejos, por lo que se puede formar un modo confinado; una cavidad inestable permite que la luz escape después de unos pocos pases, a menos que esa pérdida se explote deliberadamente para diseños de alta potencia.