NdYAG固体激光器谐振腔(3)

（a）平行谐振腔；（b）大曲率半径腔；（c）共焦腔；（d）共心腔；（e）凹凸腔； （f）半共心腔

图9 腔结构

? 稳定性

稳定性判据：

0?(1?LL)(1?)?1 R1R2? 模式选择：

模式选择原理：

1一台激光器的谐振腔中可能有若干个稳定的振荡模，只要某一单程益大于单程损耗，即满足激光振荡条件，该模式就有可能激发而起振。

2谐振腔存在两种不同性质的损耗，一种是与横阶数无关的损耗，如腔镜的透射损耗，腔内元件的吸收，散射损耗等；另一种则是与横阶数密切相关的衍射损耗，在稳定腔中，基模的衍射损耗最小，随着横阶数的增高，其衍射损耗也逐渐增大。 3谐振腔对不同阶横模有不同的衍射损耗的性能是实现横模选择的物理基础。

公式描述：

某个横模(TEMmn)的光在谐振腔内经过一次往返后，由于增益和损耗两种因数的影响，其光强变为

I?I0r1r2(1??)2exp(2GL) 其中?为某横模损耗系数

故选择某横模：

r1r2(1??mn)2exp(2GL)?1

抑制某横模 ： r1r2(1??mn)2exp(2GL)?1

5.2方案设计

谐振腔有四种类型，为简单起见，这里这研究其中的两种，一种是等曲率半径腔，另一

种是平凹腔，对比优劣，确定最终方案。

5.2.1等曲率半径腔

? 参数优化

影响结果的是变量R/L，归一化后直接用r代替

对于R1?R2?R公式简化为：

W21,2W1,221?R1?RL1/2)?()1/2 ?() (L?LL2R?1?2R?L用L对其L归一化

W02?W1?R?(2?1)1/2 [L(2R?L)]1/2 (0)2?L2?LL2?

y1?r(11/2) 2r?1

定义描述1/2 y0?(2r?1)函数 ??

考虑到稳定性问题，则

11/2y0

r?[1,?)

下面利用matlab做出其曲线图（对应附录的程序1）

图10

由图知，不可能做到面面俱到，只能根据具体要求来做出选择。（腰半径与发散角是一对矛盾）

5.2.3平凹腔

? 参数优化

对于R2??

??1/2??R1?L?W121?R1?1?2???W1? ()?????R1?L?L?LL?R1??1???L?21/2

?W2?用L对其?R1???1/22??1???W2???R1?L?.L? ???L?1?.???L?归一化 ??L?????? 1/2

?W0?1/22W0???R1?L?.L? ??L??

??R1????1?????1?.?????L??L???21/2

?1? y1?r??r?1??定义描述1/2

函数 1/2 y2??r?1?

y0??r?1?1/2

??1y1/21

考虑其稳定性，r??1,??

下面利用matlab做出其曲线图（程序见附录2）

图11

5.2.3 模式选择方案设计

小孔光阑法选模是一种常用的固体激光选模，如在本设计中为方便起见也采用此方法，如下图所示

小孔光阑 工作物质

图12 小孔光阑选模

由于高阶横模的光腰比基模的大，如果光阑的孔径选择适当，就可以将高阶横模的光束遮着一部分，而基模可以顺利通过。利用了

选择某横模：

r1r2(1??mn)2exp(2GL)?1

抑制某横模 ： r1r2(1??mn)2exp(2GL)?1的物理机制

5.3方案评估

对半径R进行归一化后，如何选择适当的R变的与L无关，而L是要根据实际情况经行

确定的，这里的L综合考虑所有的情况才能确定。上面的分析没有给出相对优的解，因为电光调Q对R是有限制的，因而要在考虑整体方案后才会得出相对优质的解。

关于小孔光阑如何选出基模，小孔半径多大，小孔光阑应放置在什么地方最合适，这里不再详述，可查看相关文献。

由5.2的分析可以看出光腰和发散角似乎是一对矛盾，出现矛盾的原因我想是应为这套装置太简单化了，装置复杂化的话，这对矛盾可能就可以解决了，例如加上聚焦镜头。有总体思路就可以了，这里不再深入，因为没有实操经验，说的太理论化也不好，而且容易迷惘。（一直都在纸上谈兵）。

6电光调Q

利用某些晶体的电光效应可以做成电光Q开关器件。电光调Q具有开关时间短，效率高，调Q时刻可以精确控制，输出脉冲宽度窄，峰值功率高等优点。

透反镜YAG偏振器全反镜氙灯带偏振器的电光调Q装置电光晶体

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