激光共振腔技术
激光共振腔技术
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激光共振腔技术是激光单元技术之一。
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激光单元技术之一。共振腔（又称光学共振腔）是激光器的三个基本组件之一，它的功用是对激光器提供一定的光学反馈能力并对激光振荡模式进行限制；在工作物质和激励条件为给定的条件下，共振腔的选择和具体参量的合理确定是至关重要的，因为它们会直接影响到激光器件的振荡阈值、转换效率、输出发散角以及场图均匀性等项性能指标。
从大的方面来说，所有的光学共振腔可以区分为三种不同的类型，它们具有不同的模式结构和限模特性，在实际应用中也有不同的优缺点，这三大类型的共振腔分别称为稳定腔、非稳腔和介稳腔。
稳定腔 稳定腔组成的判据为由腔反射镜曲率半径和间距所决定的g因子（见激光器图2），应满足稳定工作条件 0＜g1g2＜1;采用共振腔的自洽场衍射积分理论，可以比较圆满地描述稳定腔的本征模式结构和腔对不同模式的限制能力。理论分析表明，对稳定腔而言，按空间场分布和频谱特征之不同而区分的不同本征模式可用符号TEM表示，其中m和n为横模指数，而q为纵模指数；与m=n=0对应的TEM模称为基横模，其主要特征是该模式在共振腔镜面上的横向场振幅分布呈高斯分布规律(图1)；与m,n0对应的模称为高阶横模，其在镜面上的横向场振幅分布由高斯分布函数与厄密多项式（或连带拉盖尔多项式）之乘积所决定；对基横模振荡或多横模振荡而言，沿腔轴方向上的等相位面按厄密球面波规律变化；而由光束横向光斑半径ω 所决定的包络线呈现出双曲线状的变化规律(图2)。基于上述特点，人们有时也把稳定腔内产生的振荡光束称为厄密球面波（着重强调其波面特性）或称为高斯光束（着重强调其光场横向分布特性）。理论分析还表明，不同横模在腔内往返一次的衍射损耗随横模指数的变大而增加，故基横模的衍射损耗最小；但当腔的菲涅耳数N＝a2/λL(a为反射镜通光口径，L为腔长,λ为光波长)逐渐增大时，所有横模的衍射损耗同时变小，并且当N1时，不同横模之间的衍射损耗的相对差异往往变得可以忽略，此时形成大量横模同时振荡，从而导致振荡光束发散角的增大。综上而言，稳定腔的主要优点是衍射损耗小，主要缺点则是N数较大时腔的限横模能力不强。实际上稳定腔主要适用于增益较低而腔的菲涅耳数又不很大的激光器系统，其中典型代表为氦激光器、连续二氧化碳激光器以及连续掺石榴石激光器等。常用的稳定腔型有双凹球面反射镜型、平面－凹球面反射镜型以及平面－透镜－平面反射镜型等几种。