《现代光学基础教学课件》现代光学基础大作业

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1、光学谐振腔杨超麟1214032814一.稳定腔和非稳腔的区别谐振腔的一个作用是提供光学正反馈（与光轴平行的光），以便在腔内建立和维持自激振荡。腔的另一个作用是控制振荡光束的特性。由于激光束的特性与光腔结构有不可分割的联系，因而可以用改变腔参数的方法，来达到控制光束特性的目的:①通过腔的适当设计和采用特殊的选模措施，可以有效地控制腔内实际振荡的模式数目，提高光子简并度，获得单色性好，方向性好的相干光;②调节腔的几何参数,可以直接控制光束的横向分布特性，光斑大小，谐振频率和光束发散角等;③控制光束的输岀功率。光学谐振腔按其结构大致可分为如下几种：闭腔［稳定腔光学谐振腔开腔非

2、稳腔临界腔气体波导腔光学谐振腔按稳定性可分为稳定腔、不稳定腔和介稳腔。稳定腔是指光线在腔内来回反射，而始终不离开腔体的光学腔；而不稳定腔则是指光线经过若干次反射后就离开腔体的光学腔。稳定腔的波形限制能力比较弱，激光束发散角大，但是损耗较小，调整精度要求低，主要适用于一般的低增益激光器和比较长的折叠腔系统。常见的稳定腔有双凹稳定腔，平凹稳定腔，凸凹稳定腔等。非稳定腔的波形限制能力很强，具有大的可控模体积和可控的衍射耦合输出，输出光束发散角小，但是损耗比较大，适用于高增益激光器系统。常见的非稳腔有双凹非稳腔，平凹非稳腔，凹凸非稳腔，平凸非稳腔，对称实共焦双凹非稳腔及虚共焦凹

3、凸非稳腔等等。非稳腔可以获得尽可能大的模体积和良好的横模鉴别能力，实现高功率单模运转，既能从激活物质中高效率地提取能量又能保持高的光束质量。而稳定腔内基横模的体积太小，与反射镜镜面尺寸无关,这意味着增大激活介质的横向尺寸无助丁输出功率提高，反而容易导致激光器的多模运转，降低输出光束质量，不能满足这些要求。为了协调激光输出功率和光束质量的关系，通常罪稳腔是最合适。二.非稳腔调研常见的非稳腔有双凹非稳腔，平凹非稳腔，凹凸非稳腔，平凸非稳腔，对称实共焦双凹非稳腔及虚共焦凹凸非稳腔等。双凸型非稳腔一由两个凸面镜按任意间距组成,它们处于下图第一象限非稳区中，由两条虚直线所限定的区

4、域。平凸型非稳腔一由一个平面镜和一个凸面镜按任意间距组成,它们的工作点限定在图(a)中第一象限非稳区的两条虚线上。望远镜型非稳腔一由一个凹面镜和一个凸面镜按虚共焦位置组成，其工作点限定在图(b)中第一象限非稳区内g二92/(292—1)的虚线上。图(c)中列出了三种典型的非稳腔结构图，其中最常用的是望远镜型非稳腔。RJ2©非稳腔相对于稳定腔拥有儿个突出的优点:1.大的可控模体积在非稳腔中，基模在反射镜上的振幅分布式均匀的，它不仅充满反射镜，而且不可避免地要向外扩展，这样即使在腔长很短时也可得到足够大的模体积，故特别适用于高功率激光器的腔型。2.可控的衍射耦合输出一般稳定

5、球面腔是用部分透射镜作为输出耦合镜使用的，但对非稳腔来说，以反射镜面边缘射出去的部分可作为有用损耗，即从腔中提取有用衍射输出，输出耦合率：5=1——MM为非稳腔的单程放大率。因为M只与腔的几何参数g有关，故可选择适当的g值来得到所需要的耦合输出，而反射镜的几何尺寸只需要根据所要求的模体积来确定。3•容易鉴别和控制横模对于非稳腔系统，在几何光学近似下，腔内只存在一组球面波型或球面一平面波型，故可在腔的一端获得单一球面波型或单一平面波型（即基模），从而可提高输出光束的定向性和亮度，容易得到单横模振荡输出。4.易于得到单端输出和准直的平行光束通常非稳腔的两个反射镜都是做成全反

6、射的，只要把其中一个反射镜做得比另一个大得多，以满足单端输出条件，就可以实现单端输出。用透镜或其它光学系统把非稳腔单端输出球面波准直成平行光束。非稳腔的缺点是:输出光束截面成环状，即在近场中心处有暗斑;在远场暗斑消失，光束强度分布不均匀，显示出某种衍射环。针对常规非稳腔的这几个缺陷，国外先后提出了国外先后提出几利几能大大提高大能量高功率激光光束质量的大模体积作稳腔方法：1.径向可变反射率非稳腔（RVRMUR）即带高斯反射率输出耦合器的非稳腔，这种腔采用逐步透射的输出方式，因此可以消除由常规非稳腔“硬边”造成的腔内复杂模式结构的影响达到基模运转。方法是通过调整镜面反射率，

7、使镜面反射率分布呈高斯函数。实验证明超高斯镜仍能产生近衍射极限束，而输出能量甚至可超过经典非稳腔。2.相统i输出藕合非稳腔这种腔是由一个中间部分反射，周围增透的输出耦合镜和个全凹反射镜组成,这种输出镜镀膜加工方法实质上是径向可变超高斯反射率输出镜的变种与简化，同样可以克服“硬边效应”。1.自滤波非稳腔（SFUR）这种腔型可以获得较大的模体积，但要求放大率大，对低增益强激光是不适用的，它又属于负支非稳腔，腔内针孔面板极易损伤，实验操作中由于腔长很长，对调腔准直要求也相当高。参考文献[1]激光原理—周炳坤[2]光学非稳腔的新进展_周大正[3]