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Cavidades ópticas<br />
S. C. Zilio Óptica Moderna – Fundamentos e Aplicações<br />
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11.4 Perdas em cavidades ópticas<br />
Uma cavidade óptica é um dispositivo que permite o<br />
confinamento e aumento da radiação eletromagnética para que seja<br />
possível a emissão estimulada. Entretanto, existe uma série de fatores que<br />
impedem que a energia armazenada aumente indefinidamente. Os<br />
mecanismos de perda mais comum em cavidades óticas são basicamente<br />
três:<br />
1. Reflexões imperfeitas. A transmissão finita dos espelhos é necessária<br />
para que se retire da cavidade a energia produzida pela ação laser.<br />
Além disso, nenhum espelho é ideal e mesmo quando eles são feitos<br />
para dar a maior refletividade possível, alguma absorção residual e<br />
espalhamento reduzem a refletividade para um valor pouco menor que<br />
100%.<br />
2. Absorção e espalhamento no meio ativo. As transições de algum dos<br />
níveis atômicos populados durante o processo de bombeamento para<br />
níveis excitados mais altos constituem um mecanismo de perda que<br />
ocorre no meio ativo. O espalhamento por impurezas e imperfeições é<br />
bastante grave em meios ativos do tipo estado sólido.<br />
3. Perdas por difração. Para modos que se afastam consideravelmente do<br />
eixo óptico, a dimensão finita dos refletores faz com que alguma<br />
energia não seja interceptada por eles sendo, portanto, perdida. Para<br />
um dado conjunto de espelhos, esta perda será maior para os modos<br />
transversais de ordens mais altas porque neste caso a energia está mais<br />
concentrada fora do eixo óptico. Esse fato é utilizado para evitar a<br />
oscilação de modos de ordens altas. Introduzindo-se uma abertura<br />
dentro da cavidade óptica, cujo diâmetro é suficiente para permitir a<br />
passagem da maior parte do modo fundamental, aumenta as perdas dos<br />
modos de ordens mais altas.<br />
Historicamente, existem várias formas de se quantificar a perda da<br />
cavidade ótica. Uma das maneiras é através do tempo de vida, tc, do<br />
decaimento da energia de um modo da cavidade, definido através da<br />
equação:<br />
dε ε<br />
= −<br />
(11.27)<br />
dt t<br />
c