多折腔在激活介質(zhì)一邊由輸出鏡和全反射鏡組成,另一邊則放置全反射鏡,這樣激光光束就在鏡子中往返傳播,每經(jīng)過一次激活介質(zhì)就放大一次,從而得到一個相當長的等效腔長,充分利用了增益介質(zhì)。在多折腔這種多元件光腔中,轉(zhuǎn)折鏡的存在對腔和光束有相當影響,尤其是折數(shù)多時其影響更大。對折疊腔而言,轉(zhuǎn)折鏡的選擇相當重要。長期以來,對折鏡的選擇一直存在兩種觀點。
3I)oqS@q' lul (1)選擇有一定曲率的轉(zhuǎn)折鏡
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2激光器在激光發(fā)射過程中,總是有部分激光能量要轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮,使工作物質(zhì)的溫度升高。腔內(nèi)光束強度的高斯分布使得激光工作物質(zhì)往往表現(xiàn)出負透鏡性質(zhì),其傳輸矩陣由
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其中,l為工作物質(zhì)的長度,α是反映折射率徑向分布的參數(shù)(α=n2/n0,折射率n的徑向分布取n=n0+1/2×n2×r2的形式)。其作用的結(jié)果使設計好的腔型發(fā)生變化(如由穩(wěn)定的共振球面腔變?yōu)閷嶋H上的平面共振腔結(jié)構(gòu),甚至變?yōu)榉欠(wěn)結(jié)構(gòu)),而使共振腔的功率損耗大大增加。因此,必須通過計算選取一定曲率的轉(zhuǎn)折鏡補償負透效應。 g8&& W_BI
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但是,激光光束對轉(zhuǎn)折鏡一般是斜入射,使用有一定曲率的轉(zhuǎn)折鏡時,會帶來光束在子午平面和弧矢平面上的象差,而使輸出光束的質(zhì)量變差;而最主要的缺點則是轉(zhuǎn)折鏡間嚴格準直之后容易導致寄生模的產(chǎn)生。 ]e5aHpgR=
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(2)選擇平面轉(zhuǎn)折鏡 4IB`7QJq
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使用平面鏡作為轉(zhuǎn)折鏡使多折疊腔的模體積最大,多折疊腔中多個轉(zhuǎn)折反射鏡的存在使寄生模成為多折腔的十分嚴重的問題。
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一般來說,寄生模是由于輸出窗口和轉(zhuǎn)折全反鏡形成振蕩或轉(zhuǎn)折鏡之間形成振蕩而生成的模。在多折腔中由于球面反射鏡的靈敏度較低,容易形成寄生振蕩,消耗了增益介質(zhì),抑制了單基模振蕩,甚至形成多個模的輸出,使輸出光束的質(zhì)量受到嚴重的影響,而且嚴重時還會燒壞腔內(nèi)元件,污染諧振腔鏡片和工作氣體。因此,選擇靈敏度比球面反射鏡高得多的平面全反鏡作為轉(zhuǎn)折鏡,并利用極微量的失調(diào)使高階模的損耗增大無法起振,可防止高階模的生成,從而確保單基模的振蕩輸出。 2Hx*kh2
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最后,由于多折腔對反射鏡的損耗系數(shù)極為敏感。因此,要求多折腔的反射鏡應具有盡可能高的反射率,高反鏡是影響激光器光束質(zhì)量的關鍵元件之一,國外普遍采用Si(硅)基底+金屬膜(Ag或Mo)+增強介質(zhì)模的結(jié)構(gòu),而國內(nèi)多采用Cu(銅)基底鍍金的反射鏡,前者的反射率高達99.5%以上,而后者最好也只有98%;同時硅鏡的熱穩(wěn)定性較銅鏡好,光學加工性能也比無氧銅好,硅鏡得以廣泛應用。所以,應盡可能優(yōu)選高反射率的Si鏡作為轉(zhuǎn)折鏡。