Parte de un resonador óptico que permite emitir luz dentro de la cavidad.
Componentes principales de un láser:
Medio láser activo
Energía de bombeo láser
Reflector alto
Acoplador de salida
Rayo láser
En la ciencia del láser , un acoplador de salida ( OC ) es el componente de un resonador óptico que permite la extracción de una parte de la luz del haz intracavitario del láser . Un acoplador de salida suele constar de un espejo parcialmente reflectante , que permite que una determinada parte del haz intracavitario se transmita a través de él. Otros métodos incluyen el uso de espejos casi totalmente reflectantes en cada extremo de la cavidad, emitiendo el haz ya sea enfocándolo en un pequeño orificio perforado en el centro de un espejo, o redirigiéndolo mediante el uso de espejos giratorios, prismas u otros dispositivos ópticos, lo que hace que el haz pase por alto uno de los espejos de los extremos en un momento dado.
Espejo parcialmente reflectante
Un acoplador de salida dieléctrico para un láser de colorante. Centrado en 550 nm, la foto de la izquierda muestra su alta reflectancia a la luz amarilla y su alta transmitancia a la luz roja y azul. La foto de la derecha muestra que refleja el 75 % de un haz láser y transmite el 25 %, aunque el haz parece más brillante cuando se acerca al observador que cuando se aleja.Acoplador de salida de un láser de helio-neón de 594 nm
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 generalmente está determinada por la ganancia del medio láser . En algunos láseres, la ganancia es muy baja, por lo que el haz debe realizar cientos de pases 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 va a utilizar. Un láser de colorante tiene una ganancia muy alta en comparación con la mayoría de los láseres de estado sólido, por lo que el haz necesita hacer solo unos pocos pases a través del líquido para alcanzar su ganancia óptima, por lo que el acoplador de salida suele ser alrededor del 80% reflectante. En otros, como un láser excimer , la reflectividad del 4% del vidrio sin revestimiento 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 la emisión láser, la ganancia del medio activo debe ser mayor que la pérdida total, que incluye tanto los 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. Los radios de curvatura se determinan normalmente 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 impedirá que el OC funcione como una lente. La curvatura de la superficie exterior se puede diseñar para proporcionar una salida láser colimada. Esta superficie exterior generalmente tiene un revestimiento antirreflejo 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 suele fabricarse con tolerancias de ingeniería muy altas , lo que minimiza cualquier desviación de una superficie ideal. Estas desviaciones suelen mantenerse tan pequeñas que se miden en longitudes de onda de luz, utilizando dispositivos como interferómetros o planos ópticos . Normalmente, un acoplador de salida láser se fabricará con tolerancias dentro de λ/10 (una décima parte de la longitud de onda de la luz) o mejores.
Dependiendo de la ganancia del medio, la cantidad de luz que el OC necesita reflejar puede variar ampliamente. Los láseres de helio-neón requieren un espejo reflectante de alrededor del 99% para emitir láser, mientras que los láseres de nitrógeno tienen una ganancia extremadamente alta (son " superradiantes ") y no requieren ningún OC (0% reflectante). La reflectividad de cualquier OC variará con la longitud de onda . Los espejos recubiertos de metal generalmente tienen buena reflectividad en un ancho de banda amplio, pero pueden no cubrir una parte completa del espectro. La plata tiene hasta un 99,9% de reflectividad en el rango visual, pero es un mal reflector de la luz ultravioleta. El aluminio no refleja bien los infrarrojos, pero es un buen reflector desde el rango visual hasta el ultravioleta cercano, mientras que el oro es muy reflectante para la luz infrarroja pero un mal reflector de longitudes de onda más cortas que el amarillo. Un espejo dieléctrico puede tener un rango de sintonización tan bajo como 10 nm cuando está diseñado para una longitud de onda específica, o puede diseñarse con un rango amplio, que abarca hasta 100 nm, para láseres sintonizables . Por este motivo, es importante tener en cuenta las propiedades espectrales del OC cuando se ensambla una cavidad láser.
El material utilizado como sustrato del espejo también es un factor importante a tener en cuenta. La mayoría de los vidrios tienen una buena transmisividad desde el ultravioleta cercano al infrarrojo 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 utiliza normalmente en láseres de dióxido de carbono debido a su alta transmitancia a longitudes de onda infrarrojas.
Volcador de cavidades
Un dumper de cavidad 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 haz se acumule hasta niveles altos y luego se libere en un tiempo muy corto; 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 acumular intensidad, la cavidad "vierte" repentinamente su energía. Los dumpers de cavidad generalmente utilizan un espejo de alta reflexión en cada extremo de la cavidad, lo que permite que el haz reciba la ganancia completa del medio. En un intervalo específico, el haz se redirige, utilizando un dispositivo como una celda de Pockels , un modulador acústico-óptico o un prisma o espejo de rotación rápida. Este haz 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]
