Cavidade ótica

Uma cavidade ótica , ou ressonador ótico, é um dispositivo no qual certos raios de luz podem permanecer confinados em virtude dos espelhos nos quais são refletidos. Essas cavidades são essenciais para os lasers para que sua luz passe várias vezes pelo meio amplificador . Às vezes, eles estão presentes em interferômetros e osciladores paramétricos ópticos .

Tipos de cavidade

A maneira mais simples de fazer uma cavidade óptica é colocar dois espelhos planos ou esférica face-a-lado, separadas por uma distância G . Essa configuração é encontrada no interferômetro Fabry-Perot , bem como em muitos lasers pequenos. Apesar de sua simplicidade, este arranjo não pode ser usado em equipamentos grandes devido à dificuldade de alinhamento: os espelhos devem estar paralelos com alguns segundos de arco para que a luz não escape muito rapidamente. Este problema é mais fácil de resolver quando a cavidade é pequena. Eles são, portanto, encontrados em microcavidades ópticas e lasers semicondutores .

Com dois espelhos esféricos com raios de curvatura R 1 e R 2 , várias configurações de cavidades podem ser obtidas. Se os dois espelhos têm o mesmo centro ( R 1 + R 2 = L ), isso forma uma cavidade concêntrica . Substituindo um dos dois espelhos por um espelho plano colocado no centro do outro, obtém-se uma cavidade hemisférica .

Uma configuração importante e frequentemente utilizada é a cavidade confocal , onde os dois espelhos são idênticos e cujos raios de curvatura coincidem com o comprimento da cavidade ( R 1 = R 2 = L ). Este tipo de cavidade permite produzir as vigas mais finas possíveis.

Existem também cavidades côncavo-convexas compostas por dois espelhos esféricos: um côncavo e um convexo. Isso torna possível não focalizar muito o feixe, o que às vezes é importante em lasers de alta potência para não destruir o meio de amplificação.

Modos de ressonância

A luz refletida várias vezes nos espelhos pode interferir em si mesma. Conclui-se que apenas alguns comprimentos de onda e suas ondas associadas podem estar presentes na cavidade. Essas ondas são chamadas de modos de ressonância . Eles dependem do formato da cavidade.

Definimos dois tipos de modos: os modos longitudinais , que diferem pelo comprimento de onda, e os modos transversais , que também diferem pela forma. No caso geral, pode-se observar uma superposição desses modos.

Existem também cavidades nas quais todos os comprimentos de onda são possíveis. Neste caso, nenhum modo de ressonância é definido.

Estabilidade

Uma cavidade composta por dois espelhos só pode confinar a luz em certas posições dos espelhos. Nestes casos, a cavidade é considerada estável . Se estiver instável , um raio presente na cavidade aparecerá após algumas reflexões nos espelhos e se perderá. É possível calcular a condição de estabilidade de tais cavidades:

.

As cavidades que atendem a este critério são estáveis.

Cáries na prática

Se uma cavidade óptica não estiver vazia (uma cavidade de laser, por exemplo, contém um meio amplificador), o valor de L usado não é a distância real entre os espelhos, mas o comprimento efetivo da cavidade obtido com a matriz óptica (não para ser confundido com o caminho óptico). Da mesma forma, as lentes presentes na cavidade bem como os efeitos da não homogeneidade do meio amplificador modificam os modos de ressonância e a estabilidade.

As cavidades utilizadas nos lasers podem conter mais de dois espelhos, além de outros elementos de modificação do feixe, como moduladores óticos acústicos , filtros espaciais , fibras óticas , prismas e redes óticas .

A configuração escolhida também deve levar em consideração aberrações ópticas e reflexos no ângulo de Brewster .

Cavidades mais complexas podem ser alinhadas usando dispositivos como vidros de pressão .

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