Открытый резонатор

.Кусайкин др. Техника н. М,: Сов. льство СССР 23/18, 1977 ОР ится к тьзованолючая кв етения - умень 5 ОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Институт радионики АН УССР(54) ОТКРЫТЫЙ РЕЗОНА (57) Изобретение отн СВЧ и может быть исп мерительных трактах, оптические, Цель изо шение сдвига рабочей частоты резонатора при регулировке его добротности - достигается эа счет того, чтов открытом резонаторе, содержащемдва зеркала 1 и 2, на одном из нихрасположены параллельно друг другуламели 4. Это зеркало выполнено ввиде тела вращения. Ламели выполненьв виде колец таким образом, что оси3 и 5 круговой симметрии указанногозеркала и колец смещены параллельноодна относительно другой. При этомзеркало, на котором расположены ламели, установлено с возможностью вращения вокруг своей оси круговой симметрии, а указанная ось пересекастоптическую.ось 6 резонатора. Энергияпоступает в резонатор через щель 7в зеркале 1, 5 ил, 1345273Изобретение относится к техникеСВЧ и может быть использовано в измерительных трактах, включая квазиоптические.Целью изобретения является уменьшение сдвига рабочей частоты открытого резонатора при регулировке егодобротности.На фиг. 1 изо 8 ражен открытый резонатор, в котором ламели размещены навыпуклом зеркале; на фиг. 2 - то же,ламели размещены на вогнутом зерка.ле; на фиг. 3 - то же, зеркало с ламелями установлено с воэможностьюизменения угла между его осью круговой симметрии и оптической осью резонатора, на фиг. 4 - зависимостьмодуля и аргумента коэффициента отражения плоской электромагнитной волны, .падающей нормально на плоскоезеркало с ламелями, от высоты ламелей; на фиг, 5 - пример использования предлагаемого открытого резонатора в качестве регулируемого квазиоптического делителя резонансноймощности.Открытый резонатор (фиг, 1 и 2)содержит гладкое зеркало 1, зеркало2, выполненное в виде тела вращенияс осью 3 круговой симметрии. На поверхности зеркала 2 расположены ламели 4, выполненные в виде колец.Ось 5 круговой симметрии ламелей 4параллельна оси 3 зеркала 2, но сме. -щена относительно нее. Зеркало 2 установлено с возможностью вращениявокруг своей оси 3, при этом указан"ная ось пересекает оптическую осьрезонатора 6. Для связи резонаторас внешним пространством служит щель7 в зеркале 1.На фиг. 1 и 2 зеркало 2 изображено в виде цилиндра, Однако возможныконструкции, когда зеркало имеетобразующую в виде гиперболы, конусаи др,Зеркало 2, на котором расположеныламели 4, может быть установлено свозможностью изменения угла наклонаего оси 3 относительно оптическойоси 6 (фнг, 3).Резонатор работает следующим образом.СВЧ-энергия, поступая в открытыйрезонатор через щель 7 в зеркале 1,возбуждает в нем рабочее колебаниес длиной волны 1 и амплитудой резонансного поля Е. Электромагнитнаяволна, падающая на поверхность зеркала 2, после отражения от нее разделяется на несколько волновых пучков - пространственных гармоник рас 9пространяющихся под различными углами д к нормали падения, Число пространственных гаромник и углы их распространения определяются известной формулой, которая для случая нормального падения волны на поверхность решетки имеет вид и(в угол распространения гармоники относительно нормалипадения;номер соответствующей гар 20 моники1Ж =Л параметр решетки,аО 1.( (. + 1 +, (2) При Ж = сопзс направления излуче-,ния всех трех гармоник постоянны,что следует из (1), а величины И 45И, И являются функциями модулякоэффициента отражения от зеркала 2с ламелями 4, который зависит отглубины Ь решетки. Изменяя глубинурешетки, можно управлять ее коэффициентом отражения в каждую из гармоник. Так как нулевая гармоника отражается вдоль нормали падения ипопадает на гладкое зеркало 1, тоименно она формирует акустическуюповерхность резонансного колебания воткрытом резонаторе.Существуют области изменения глубины Ь решетки из параллельных ламе 1 - ее период.25Существованию трех пространственных гармоник - нулевой, минус первойи плюс первой отвечает условие 1 (й -(2, В этом случае энергия падающей волны сосредоточена в нулевой 30гармонике распространяющейся в напФравлении вдоль нормали к решеткенавстречу падающей волне, т.е. зеркально, и в плюс - минус - первойгармониках, распространяющихся симметрично относительно нормали пад - 35 ния под некоторыми углами (+ Ч,) и(- (,) к ней. Энергия Юпадающей волны равна сумме энергий соответствующих гармониклей, в которых фаза отраженной волны остается постоянной, а модуль коэффициента отражения изменяется. Нафиг. 4 л., Б графически представленырезультаты численного расчета модуля1 аи агя а, коэффициента отражения решетки для нулевой гармоники взависимости от приведенной глубиныЬ/1 ламелей при нормальном падении 10Н-поляризованной волны. При этом к =1,132 и Э = й/1 = 0,2, где й - ширина ламелей. Выбранному значениюсоответствуют углы излучения плюс-минус первой гармоники + = 60 относительно нормали падения,Как видно из графиков, приведенных на фиг,4существует область значений глубинырешетки Ь = (0,26-0,32)1, в котороймодуль коэффициента отражения нулевой гармоникиа 1 изменяется ли-.нейно от 0,67 до 0,85, а фаза отраженной волны агд аостается при этомпрактически постоянной, изменяясьлишь на +0,5 на краях участка. Это 25означает, что при изменении высотыламелей 4 в указанных пределах резо. -нансные условия в открытом резонаторепрактически не изменяются. Так какэнергия отраженной волны пропорциональна квадрату модуля акоэффициента отражения решетки, то предел изменения энергии Я нулевойгармоники в процентном отношении кЭ Рполной энергии И, поступающей в ОР,составляет 45-72%. Следовательно,предел изменения суммарной энергииплюс-минус первой гармоники И + иИ, т.е. фактически энергии потерьв боковые дифракционные максимумы,составляет от 55 до 28%.Добротность Я резонатора без учета омических потерь определяется выражением Я = У/Ю,. Тогда длярассмотренного примера добротностьрезонатора изменяется в пределах:= 2,57. Следовательно, добротностьрезонатора при изменении высоты ламелей 4 в указанных выше пределахизменяется в 3,2 раза. Такое изменение добротности имеет место присохранении резонансной длины волны врезонаторе, поскольку аргумент коэффициента отражения практически не изменяется,Таким образом, вращая зеркало 2 с расположенными на нем ламелями 4 вокруг их оси 5 круговой симметрии, можно регулировать добротность резонатора без заметного сдвига рабочей частоты. При указанном вращении высота Ь ламелей 4 вдоль оптической оси 6 резонатора изменяется, что обусловлено смещением осей 3 и 5 друг относительно друга.На базе такой конструкции возможно создание управляемого волноводнолучеюого перехода, работающего в резонансном режиме.Если на пути излучения одной из гармоник установить дополнительный отражатель 8, совместив его оптическую ось.с направлением дифракционного максимума этой гармоники (фиг.5), то энергия противоположной по знаку гармоники увеличится за счет возвращения части излучения в объем открытого резонатора. Размещение согласующей линзы 9 в направлении дифракционного максимума этой гармоники позволяет реализовать эффективное возбуждение квазиоптического лучевого тракта 10 резонансным полем, открытого резонатора. Подобное устройство представляет собой квазиоптический делитель резонансной мощности с плавной регулировкой амплитуды выходного сигналаформула изобретенияОткрытый резонатор, содержащий по крайней мере два зеркала, на одном из которых расположены параллельно друг другу ламели, о т л и - ч а ю щ и й с я тем, что, с целью уменьшения сдвига рабочей частоты при регулировке добротности, зеркало, на котором расположены ламели, выполнено в виде тела вращения, ламели выполнены в виде колец так, что оси круговой симметрии указанного зеркала и колец смещены параллельно одна относительно другой, при этом зеркало, на котором расположены ламели, установлено с возможностью вращения вокруг своей оси круговой симметрии, а укаэанная ось пересекает оптическую ось резонатора.ктор М.Шаро дактор А.Лежни Заказ 4927/ сное оизводственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная ВНИИПИ Рос по делам 13035, МоскТиражарствеизобреЖ96 Подного комитета СССР ений и открытий Раушская наб., д,