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1、非稳腔非稳腔：如果一束光线都不可能永远存在于腔内，经过有限次往返后必将：如果一束光线都不可能永远存在于腔内，经过有限次往返后必将横向逸出腔内，则称为非稳腔。横向逸出腔内，则称为非稳腔。2024/7/213.9非非稳定定谐振腔振腔稳定腔稳定腔：如果光线在谐振腔内往返任意多次都不会横向逸出腔外，这样的：如果光线在谐振腔内往返任意多次都不会横向逸出腔外，这样的谐振腔称为稳定腔。谐振腔称为稳定腔。分析分析谐振腔的稳定性条件谐振腔的稳定性条件，实质是研究光线在腔内往返传播而不逸出腔外，实质是研究光线在腔内往返传播而不逸出腔外的条件。的条件。高功率激光器要求大的模体积和单模工作高功率激光器要求大的模体积和
2、单模工作2024/7/21为什么要使用非稳腔？为什么要使用非稳腔？ 稳定腔中模体积很小，利用的反转粒子数小稳定腔中模体积很小，利用的反转粒子数小 则单模输出功率不高。只则单模输出功率不高。只适用于中小功率激光器。适用于中小功率激光器。 当需要的工作物质的增益效果高时，也可以采用非稳腔形成稳定的激当需要的工作物质的增益效果高时，也可以采用非稳腔形成稳定的激光振荡，由于非稳腔模体积大，容易鉴别和控制横模，可实现高功率单光振荡，由于非稳腔模体积大，容易鉴别和控制横模，可实现高功率单模运转，易得到单端输出的准直平行光束，所以高功率激光器多采用非模运转，易得到单端输出的准直平行光束，所以高功率激光器多采
3、用非稳腔稳腔2024/7/212024/7/21特点特点：存在固有的光能横向逸出损耗，腔的损耗高。：存在固有的光能横向逸出损耗，腔的损耗高。非稳定腔满足条件：非稳定腔满足条件：2024/7/213.9.1 非非稳腔的基本腔的基本结构构双凸非稳腔双凸非稳腔2024/7/21由一个平面镜和一个凸球面镜按任意间距构成。由一个平面镜和一个凸球面镜按任意间距构成。平平凸非稳凸非稳腔腔由一个平面镜和一个凹球面镜构成由一个平面镜和一个凹球面镜构成2024/7/21平凹非平凹非稳腔腔2024/7/21双凹非双凹非稳腔腔2024/7/21双凹非稳腔有一种特殊腔型双凹非稳腔有一种特殊腔型非对称实共焦腔非对称实共焦
4、腔，因腔内存在一个实焦点，因腔内存在一个实焦点，易损坏工作物质且模体积不够大，实际工作不常采用，其腔满足条件，易损坏工作物质且模体积不够大，实际工作不常采用，其腔满足条件，2024/7/21凹凹凸非凸非稳腔腔虚共焦非稳腔虚共焦非稳腔2024/7/21凹凹凸非凸非稳腔的特例腔的特例 正支望远镜型非稳腔：凹面镜的实焦点与凸面镜的虚焦点在腔外重合，正支望远镜型非稳腔：凹面镜的实焦点与凸面镜的虚焦点在腔外重合，组成一个虚共焦望远系统。组成一个虚共焦望远系统。 这种腔型可直接输出平行光束。比较常用。这种腔型可直接输出平行光束。比较常用。 1.1.振幅是厄米多项式和高斯函数振幅是厄米多项式和高斯函数的乘积
5、，光斑大小由高斯函数决的乘积，光斑大小由高斯函数决定，中心强边缘弱。定，中心强边缘弱。2024/7/213.9.2 非非稳腔的几何自再腔的几何自再现波型波型稳定腔稳定腔的模式有两个重要特点：的模式有两个重要特点：2.2.本征模的波面是球面。本征模的波面是球面。由于腔镜对光线有汇聚作用由于腔镜对光线有汇聚作用由球面镜边界条件决定的由球面镜边界条件决定的1.1.腔镜对光线是发散作用，其模式的振幅不是高斯光束，在整个腔的腔镜对光线是发散作用，其模式的振幅不是高斯光束，在整个腔的横截面内将是均匀分布的。横截面内将是均匀分布的。2024/7/21对于非稳腔：对于非稳腔：2.2.球面反射镜决定其模式的波面
6、是球面。球面反射镜决定其模式的波面是球面。综上所述，非稳腔中激光模式是沿相反方向传播的两个均匀球面波的综上所述，非稳腔中激光模式是沿相反方向传播的两个均匀球面波的叠加。叠加。自在现：从其中任何一点发出的球面波在腔内往返一次后自在现：从其中任何一点发出的球面波在腔内往返一次后其波面形状保持不变。其波面形状保持不变。2024/7/212024/7/21证明非稳腔轴上这样一对共轭像点的存在性和唯一性，以双凸腔为例证明非稳腔轴上这样一对共轭像点的存在性和唯一性，以双凸腔为例根据球面镜成像公式有根据球面镜成像公式有2024/7/212024/7/21结论结论从每一个像点发出的球面波在腔内往返一次后，其波
7、面形状将实现自再现从每一个像点发出的球面波在腔内往返一次后，其波面形状将实现自再现将这样一对发自共轭像点的几何自再现波型定义为非稳定腔的共振模将这样一对发自共轭像点的几何自再现波型定义为非稳定腔的共振模2024/7/21举例例2024/7/21优点优点1.1.两个共轭像点都在腔外两个共轭像点都在腔外2.2.能获得单端输出的均匀平面波能获得单端输出的均匀平面波2024/7/213.9.3 非非稳腔的几何放大率腔的几何放大率非稳腔的自在现模非稳腔的自在现模1.任何非稳腔的轴线上都存在着一对共轭像点2.非稳腔轴上这样一对共轭像点的存在性和唯一性2024/7/21以双凸腔为例以双凸腔为例2024/7/
8、21对于望远镜腔，有对于望远镜腔，有对虚共焦腔和实共焦腔均适用对虚共焦腔和实共焦腔均适用2024/7/213.9.4 非非稳腔的能量腔的能量损耗耗非稳腔自再现模的特点非稳腔自再现模的特点1.非稳腔的损耗是几何自再模波型的固有发散造成的，共轭像点发出的自再现球面波在腔内往复反射时，其波面横向尺寸将不断发展，最后超出反射镜的范围，从而将波的一部分能量直接逸出腔（作为激光）2.球面波或平面波（不是高斯光束）2024/7/21其能量损耗为2024/7/21则几何自再现波型在腔内往返一次，总的能量损耗为则几何自再现波型在腔内往返一次，总的能量损耗为平均单程损耗为平均单程损耗为2024/7/212024/
9、7/213.9.5 非非稳腔的腔的输出藕合方式出藕合方式 由于非稳腔大都是利用部分从边缘逸出的能量作为激光去的激光输由于非稳腔大都是利用部分从边缘逸出的能量作为激光去的激光输出，所以非稳腔的每一次往返的平均能量损耗都是它的往返藕合输出。出，所以非稳腔的每一次往返的平均能量损耗都是它的往返藕合输出。 通过改变非稳腔的几何参数几何参数即可调节能量的大小。通过改变非稳腔的几何参数几何参数即可调节能量的大小。 稳定腔和非稳腔的输出藕合方式的异同点：稳定腔和非稳腔的输出藕合方式的异同点： 1. 1.稳定腔中，输出镜一般是部分反射镜，腔内光束经输出镜以稳定腔中，输出镜一般是部分反射镜，腔内光束经输出镜以透
10、射方式藕合至腔外。透射方式藕合至腔外。 2. 2.非稳腔中，两个反射镜通常是全反射镜，只要使其中一个反非稳腔中，两个反射镜通常是全反射镜，只要使其中一个反射镜的尺寸比另一个大得多，就可以单端输出。射镜的尺寸比另一个大得多，就可以单端输出。2024/7/212024/7/213.9.5 非非稳腔的腔的输出藕合方式出藕合方式常见的非稳腔输出藕合方式常见的非稳腔输出藕合方式边缘藕合边缘藕合选光镜藕合选光镜藕合边缘藕合和选光镜藕合输出光边缘藕合和选光镜藕合输出光束形状均为环形束形状均为环形2024/7/213.9.6 非非稳腔的主要特点腔的主要特点1.1.具有大的模体积具有大的模体积2.2.易实现单横模振荡易实现单横模振荡3.3.可控制的衍射藕合输出可控制的衍射藕合输出谢谢聆听
