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 laser
En la ciencia del láser , un acoplador de salida ( OC ) es el componente de un resonador óptico que permite la extracción de una porción de la luz del haz intracavitario del láser . Un acoplador de salida suele consistir en un espejo parcialmente reflectante , que permite que se transmita una determinada parte del haz intracavidad. 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 o otros dispositivos ópticos, lo que hace que el haz pase por alto uno de los espejos finales en un momento dado.
Espejo parcialmente reflectante
Un acoplador de salida dieléctrico para un láser de tinte. Centrada 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 lo muestra reflejando el 75% de un rayo láser y transmitiendo el 25%, aunque el rayo 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 consta de un espejo parcialmente reflectante , a veces llamado divisor de haz . La reflectancia y transmitancia del espejo suele estar determinada por la ganancia del medio láser . En algunos láseres la ganancia es muy baja, por lo que el haz debe realizar cientos de pasadas a través del medio para obtener una ganancia suficiente. En este caso, el acoplador de salida puede tener una reflectancia de hasta el 99%, transmitiendo sólo el 1% del haz de la cavidad que se va a utilizar. Un láser de tinte tiene una ganancia muy alta en comparación con la mayoría de los láseres de estado sólido, por lo que el haz necesita realizar solo unas pocas pasadas a través del líquido para alcanzar su ganancia óptima, por lo que el acoplador de salida suele reflejar alrededor del 80%. En otros, como un láser excimer , la reflectividad del 4% del vidrio sin recubrimiento 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 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 normalmente están determinados por el tipo de cavidad deseada (es decir: plano/plano, concéntrica, 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, entonces también debe serlo la superficie exterior. Esto impedirá que el OC funcione como lente. La curvatura de la superficie exterior se puede diseñar para proporcionar una salida de láser colimada. Esta superficie exterior generalmente tiene un revestimiento antirreflectante aplicado para maximizar la potencia de salida. Para minimizar las pérdidas, mejorar el perfil de la viga y maximizar la coherencia, la forma de la superficie generalmente se fabrica con tolerancias de ingeniería muy altas , minimizando cualquier desviación de una superficie ideal. Por lo general, estas desviaciones se mantienen 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 para reflejar puede variar ampliamente. Los láseres de helio-neón requieren alrededor de un 99% de espejo reflectante para funcionar, 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 amplio ancho de banda, pero es posible que no cubran una porción completa del espectro. La plata tiene hasta un 99,9% de reflectividad en el rango visual, pero es un pobre reflector de los rayos 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 refleja mucho la luz infrarroja pero es un pobre 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 se diseña para una longitud de onda específica, o puede diseñarse con un rango amplio, que abarque hasta 100 nm, para láseres sintonizables . Por esta razón, es importante considerar las propiedades espectrales del OC cuando se ensambla una cavidad láser.
El material utilizado como sustrato del espejo también es una consideración importante. La mayoría de los vidrios tienen buena transmisividad desde el UV cercano al IR 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 volcador de cavidades es un acoplador de salida que realiza la función de un interruptor Q. 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 alcance niveles elevados y luego se libere en muy poco tiempo; 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 aumentar en intensidad, la cavidad de repente "vierte" su energía. Los volcadores de cavidades suelen utilizar un espejo altamente reflectante en cada extremo de la cavidad, lo que permite que el haz reciba toda la ganancia del medio. En un intervalo específico, el haz se redirige mediante 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 final, permitiendo que se emita un pulso muy potente. Los volcadores de cavidades se pueden usar para operación 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]
