ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК
ВЫСШЕЙ ШКОЛЫ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Аннотация
Оптические системы с зеркалами полного внутреннего отражения (ПВО) привлекают внимание исследователей возможностью существенного уменьшения оптических потерь в оптических устройствах. Известны неоднократные попытки создания интерференционных многолучевых фильтров со слоистой структурой, содержащих зеркала ПВО, однако не удалось добиться ожидаемого уменьшения оптических потерь. В работах [6 - 8] объяснение этому найдено в существовании резонансной дифракции волн в слоистых системах с ПВО, что приводит к необходимости увеличивать поперечные размеры подобных слоистых систем: при обычных размерах волна , распространяясь в структуре под не равным нулю углом падения, быстро ухолит из оптической апертуры прибора в боковом к падающему излучению направлении. В настоящей работе исследуется кубический оптический резонатор с зеркалами ПВО, в котором вошедшая в резонатор волна также распространяется в связи с наклонным падением на грань кубика в поперечном направлении, но её траектория «закольцована», что заставляет волну многократно возвращаться в область оптической апертуры и обеспечивать увеличение прозрачности оптического резонатора. В статье представлены предварительные результаты теоретического и экспериментального исследования разработанного оптического кубического резонатора бегущей волны. Кубик резонатора со стороной 10 мм изготовлен из стекла К8, качество полировки граней соответствуют примерно 1 – 2  интерференционных полос, погрешность выполнения углов между гранями порядка нескольких угловых секунд. Ввод излучения гелий-неонового лазера в резонатор и вывод осуществлены традиционным для ввода излучения в планарные волноводы методом – с помощью прижатых к поверхности грани кубика оптических призм, волна туннелирует сквозь воздушный зазор между поверхностями призмы и грани.  Показано, что, в отличие от эталона Фабри-Перо,  значения угловой дисперсии интерференционного фильтра с оптическим резонатором в сагиттальной и меридиональной плоскостях существенно отличаются. В соответствии с расчётом, отсутствие оптических потерь на зеркалах ПВО увеличивает количество эффективных полных замкнутых траекторий в  резонаторе до 800 – 1000, что на порядок больше, чем в эталонах с металлическими зеркалами. Полученные результаты подтверждают, что использование полноотражающих граней кубика в качестве зеркал обеспечивает резонатору существенно меньшие оптические потери в сравнении  с эталонами Фабри-Перо, имеющими металлические зеркала; выявлено наличие анизотропии угловой дисперсии фильтра. Рассматривается применение оптических резонаторов с гранями полного внутреннего отражения в качестве узкополосных оптических фильтров, пригодных для исследования спектров лазерных излучателей, а также при разработках мощных миниатюрных твердотельных лазеров с повышенной оптической прочностью выходного зеркала.

Список литературы

1. Visible lasers with subhertz linewidths / B.C. Young, F.C. Cruz, W.M. Itano, J.C. Bergquist // Physical Review Letters. – 1999. – Vol. 82, iss. 19. – P. 3799–3802.
2. Розенберг Г.В. Оптика тонкослойных покрытий. – М.: Физматлит, 1958. – 570 с.
3. Борн М., Вольф Э. Основы оптики. – М.: Наука, 1970. – 855 с.
4. Ахманов С.А., Никитин С.Ю. Физическая оптика: учебник. – М.: Изд-во Моск. ун-та, 1998. – 656 с.
5. Кард П.Г. Анализ и синтез многослойных интерференционных пленок. – Таллин: Валгус, 1971. – 233 с.
6. Иогансен Л.В. Резонансная дифракция волн в слоисто-неоднородных средах // ЖЭТФ. – 1961. – Т. 40, вып. 6. – С. 1838–1843.
7. Иогансен Л.В. Теория резонансных электромагнитных систем с полным внутренним отражением // ЖТФ. – 1962. – Т. 32, вып. 4. – С. 406–418.
8. Иогансен Л.В., Глобенко Ю.В. Теория резонансных слоисто-неоднородных сред электромагнитных систем с полным внутренним отражением // Известия вузов. Радиофизика. – 1976. – Т. 19, № 2.
9. Скоков И.В. Многолучевые интерферометры в измерительной технике. – М.: Машиностроение, 1989. – 256 с.
10. Сырнева А.С. Краевой эффект в фильтрах терагерцового диапазона, использующих нарушенное полное внутреннее отражение // ГЕО-Сибирь–2010: сборник материалов VII Международного научного конгресса. – Новосибирск, 2010. – Т. 5, ч. 2. – С. 95–99.
11. Чесноков В.В., Сырнева А.С., Чесноков Д.В. Оптические резонаторы полного внутреннего отражения с бегущей волной // Материалы X Международной конференции «Актуальные проблемы электронного приборостроения»: АПЭП–2010, 22–24 сентября 2010 г.: в 7 т. – Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2010. – Т. 7. – С. 95–97.
12. Чесноков В.В., Сырнева А.С., Чесноков Д.В. Разработка модели интерференционного фильтра на основе полного внутреннего отражения // Автометрия. – 2015. – Т. 51, № 2. – С. 119–127.
13. Патент 2455669 C1, Российская Федерация, МПК G 02 B 5/00, G 02 F 1/01, H 01 S 3/08. Оптический резонатор / В.В. Чесноков, Д.В. Чесноков, А.С. Сырнева; патентообладатель Сибирская государственная геодезическая академия; заявл. 21.10.2010; опубл. 10.07.2012, Бюл. № 19.
14. Сырнева А.С., Райхерт В.А. Оптический резонатор полного внутреннего отражения с возможностью компенсации угловых положений его граней // Интерэкспо ГЕО-Сибирь–2010: X Международный конгресс и выставка. СибОптика–2014: международная научная конференция: сборник материалов: в 2 т. – Новосибирск: СГГА, 2010. – Т. 2. – С. 113–116.
15. Терентьев В.С. Численное моделирование волоконного отражательного дифракционного интерферометра // Автометрия. – 2012. – № 4. – С. 41–54.
16. Голдина Н.Д. Расчет коэффициента отражения металл-диэлектрических структур при нарушенном полном внутреннем отражении // Автометрия. – 2009. – № 12. – С. 99–104.
17. Патент 1265678 A1, СССР. Интерференционный фильтр полного внутреннего отражения / Г.Б. Шоломицкий; заявл. 11.06.1985; опубл. 23.10.1986, Бюл. № 39.