Optical resonators that include chaotic ray paths

   
   

A compact optical resonator that exhibits long TOPLs is fabricated by (a) selecting a 3-dimensional (3D) reflective, essentially closed surface such that the paths of optical rays that reflect from the interior of the surface include chaotic, open paths; (b) determining the phase-space of the reflection points of the rays; (c) within the phase-space identifying at least one forbidden zone where there are no such reflection points and at least one allowed zone where there is a multiplicity of such reflection points; (d) forming the surface inside a rigid body; and (e) forming at least one physical feature that communicates with the interior of the resonator and is located in a region of the surface that is determined by the positions of the forbidden zones, the allowed zones, or both. In a preferred embodiment physical features such as gas ports are located in regions of the surface that, in phase space, correspond to forbidden zones (so that the circulating optical rays cannot escape via the gas ports). In contrast, physical features such as optical ports are located in regions of the surface that, in phase space, correspond to allowed zones (so that the circulating rays can reach a very long TOPL and then exit from the resonator). In a preferred embodiment, the 3D surface is formed by revolution of a 2D surface about a predetermined axis. Illustratively, the 2D surface has the shape of a quadrupole. Other aspherical shapes of the resonator surface can also be utilized. Application of the resonator to trace-gas sensing systems and to optical amplifiers is also described.

Un risonatore ottico compatto che esibisce TOPLs lungo è fabbricato (a) selezionando (3D) una superficie riflettente e essenzialmente chiusa 3-dimensional tali che i percorsi dei raggi ottici che riflettono dall'interiore della superficie includa i percorsi caotici e aperti; (b) determinare lo fase-spazio dei punti di riflessione dei raggi; (c) all'interno dello fase-spazio che identifica almeno una zona proibita a dove non ci sono tali punti di riflessione ed almeno uno conceduto zona dove ci è una molteplicità di tali punti di riflessione; (d) formare la superficie all'interno di un corpo rigido; e (e) formando almeno una caratteristica fisica che comunica con l'interiore del risonatore ed è situata in una regione della superficie che è determinata dalle posizioni delle zone proibite a, delle zone permesse, o di entrambe. In un metodo di realizzazione preferito le caratteristiche fisiche quali gli orificii del gas sono situate nelle regioni della superficie che, nello spazio di fase, corrispondono al proibito a suddividono in zone (in moda da non potere fuoriuscire i raggi ottici circolanti via gli orificii del gas). In opposizione, le caratteristiche fisiche quali gli orificii ottici sono situate nelle regioni della superficie che, nello spazio di fase, corrispondono al conceduto a suddividono in zone (in moda da potere raggiungere un TOPL molto lungo ed allora rimuovere i raggi circolanti dal risonatore). In un metodo di realizzazione preferito, la superficie 3D è costituita dal giro di una 2D superficie circa un asse predeterminato. Illustratively, la 2D superficie ha la figura di un quadrupole. Altre figure aspherical della superficie del risonatore possono anche essere utilizzate. L'applicazione del segu-gas del risonatore che percepisce i sistemi ed agli amplificatori ottici inoltre è descritta.

 
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