Experimentelle Übungen für Fortgeschrittene
im Institut für Angewandte Physik

Optische Resonatoren

Inhalt:

Ein optischer Resonator besteht im einfachsten Fall aus zwei sich gegenüber liegenden Spiegeln, wobei der Zwischenraum mit einem Medium ausgefüllt sein kann. Ein Resonator weist eine oder mehrere Eigenschwingungen (Moden) auf. Koppelt man Licht in einen Resonator ein, so wächst im Falle der Resonanz die Schwingungsamplitude einer Eigenschwingung sehr stark an. Hierbei interferieren resonante Wellen konstruktiv miteinander und nicht resonante Wellen werden durch destruktive Interferenz gedämpft. Da durch die Spiegel ein endlicher Bruchteil des Lichtes ausgekoppelt wird und auch andere Verluste wie z.B. Absorption und Beugung auftreten, liegt in der Realität ein gedämpfter Resonator vor. Optische Resonatoren werden z.B. in Lasern eingesetzt, um Licht bestimmter Moden zu verstärken. Innerhalb eines optischen Resonators können aber auch die optischen Eigenschaften von optisch nichtlinearen Medien untersucht werden und ein leerer Resonator kann als Interferometer genutzt werden, wobei das wichtigste Beispiel hier das Fabry-Perot-Interferometer ist.

In diesem Versuch werden verschiedene optische Resonatoren untersucht. Dazu wird zuerst ein Fotodetektor geeicht, das Transmissionsvermögen verschiedener Spiegel gemessen und die geometrische Struktur des Strahles eines Helium-Neon-Lasers aufgenommen. Der freie Spektralbereich eines Fabry-Perot-Interferometers lässt sich aus der Spiegelreflektivität berechnen und mit der gemessenen Finesse vergleichen. Eine optimale Finesse in einem konfokalen Resonator kann man durch eine geeignete Modenanpassung erzielen.

Kenntnisse / Stichwörter zur Vorbereitung: Laser: Aufbau und Funktionsweise Fabry-Perot-Interferometer: Phasenunterschied, freier Spektralbereich, Halbwertsbreite, Finesse, Airy-Funktion Gauß-Strahlen: Strahlradius, transversale und longitudinale Moden Modenanpassung, ABCD-Formel Literatur und Links: Demtröder: Laserspektroskopie, Springer, 2000 Kapitel 4.2.2 Vielstrahlinterferenz Kapitel 4.2.3 Ebenes Fabry-Perot-Interferometer Kapitel 5.2 Optische Resonatoren Meschede: Optik, Licht und Laser, Teubner Studienbücher, 1999 Kapitel 2.3 Gauß-Strahlen Kapitel 5.4 Fabry-Perot-Interferometer Kapitel 5.5 Optische Resonatoren Kogelnik, Li: Laser Beams and Resonators, Proc. IEEE, 54, 1312-1329 (1966) Kapitel 1-3 Laser-Tutorial vom Fraunhofer Institut für Lasertechnik

Zuletzt geändert am 15.12.2006