Resonatorgeometrie

Resonatorgeometrie bezeichnet die räumliche Gestaltung eines Resonators, die dessen Eigenschwingungen festlegt. Ein Resonator ist eine Struktur, die Wellen oder Schwingungen speichert, verstärkt oder selektiv belastet. Durch die Geometrie werden die erlaubten Moden, die Resonanzfrequenzen, die räumliche Feldverteilung und der Energieverlust bestimmt. Typische Größen umfassen Länge, Durchmesser, Krümmung von Grenzflächen, Position der Öffnungen sowie die Materialien und Grenzbedingungen.

In der Akustik beeinflusst die Geometrie die Frequenzen von Luftsäulen, Kammern und Rohrsystemen. Helmholtz-Resonatoren, Rohrresonatoren und Kammresonatoren illustrieren, wie Länge, Volumen, Querschnitt und Öffnungen die Grundfrequenz und die Modenstruktur bestimmen. Die Geometrie wirkt auch auf die Kopplung zu Luft, Dämpfung und räumliche Abtastung.

In der Optik und Mikrowelle bestimmen Resonatorengeometrien wie Fabry-Pérot-Cavities, Ringresonatoren oder Mikrodiskresonatoren die transversalen und longitudinalen Modi, Modenabstände und den Qualitätsfaktor. Spiegelabstände, Krümmung und Streuverluste legen Stabilität und Kopplung fest. Geometrie beeinflusst Dispersion, Vergrößerung der effektiven Länge und die Strahlführung.

Anwendungen reichen von Lasern über Oszillatoren bis hin zu Sensorik und Kommunikation. Ziel der Resonatorgeometrie ist häufig eine hohe Güte, klare Modenselektion, geringe Verluste und passende Kopplung an externe Systeme. Entwurf und Analyse nutzen Modelle der Grenzbedingungen, Feldverteilung und Qualitätsfaktoren.