非稳定谐振腔课件

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横向逸出腔内，则称为非稳腔。2023/8/153.9非稳定谐振腔稳定腔：如果光线在谐振腔内往返任意多次都不会横向逸出腔外，这样的谐振腔称为稳定腔。分析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的条件。非稳腔：如果一束光线都不可能永远存在于腔内，经过有限次往返后高功率激光器要求大的模体积和单模工作2023/8/15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则单模输出功率不高。只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稳腔高功率激光器要求大的模体积和单模工作2023/8/4为什么要

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特点：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：2023/8/4

特点：存在固有的光能横向逸出损耗，腔的损2023/8/153.9.1非稳腔的基本结构

双凸非稳腔2023/8/43.9.1非稳腔的基本结构

双凸非稳腔2023/8/15由一个平面镜和一个凸球面镜按任意间距构成。

平—凸非稳腔2023/8/4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凹球面镜构成2023/8/15平凹非稳腔

由一个平面镜和一个凹球面镜构成2023/8/4平凹非稳腔

2023/8/15双凹非稳腔

2023/8/4双凹非稳腔

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双凹非稳腔有一种特殊腔型—非对称实共焦腔，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，

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双凹非稳腔有一种特殊腔型—非对称实共焦腔，

2023/8/15凹—凸非稳腔

2023/8/4凹—凸非稳腔

虚共焦非稳腔2023/8/15凹—凸非稳腔的特例

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，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。虚共焦非稳腔2023/8/4凹—凸非稳腔的特例

正支1.振幅是厄米多项式和高斯函数

的乘积，光斑大小由高斯函数决

定，中心强边缘弱。2023/8/153.9.2非稳腔的几何自再现波型稳定腔的模式有两个重要特点：2.本征模的波面是球面。由于腔镜对光线有汇聚作用由球面镜边界条件决定的1.振幅是厄米多项式和高斯函数

的乘积，光斑大小由高斯函数决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

横截面内将是均匀分布的。2023/8/15对于非稳腔：2.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叠加。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。2023/8/15

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

2023/8/15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

2023/8/4证明非稳腔轴上这样一对共轭像点的存在性和唯

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2023/8/15结论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

2023/8/4结论从每一个像点发出的球面波在腔内往返一次2023/8/15举例

2023/8/4举例

2023/8/15优点1.两个共轭像点都在腔外2.能获得单端输出的均匀平面波

2023/8/4优点1.两个共轭像点都在腔外2023/8/153.9.3非稳腔的几何放大率非稳腔的自在现模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2023/8/43.9.3非稳腔的几何放大率非稳腔的自在现2023/8/15以双凸腔为例

2023/8/4以双凸腔为例

2023/8/15对于望远镜腔，有对虚共焦腔和实共焦腔均适用2023/8/4对于望远镜腔，有对虚共焦腔和实共焦腔均适用2023/8/153.9.4非稳腔的能量损耗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）2023/8/43.9.4非稳腔的能量损耗非稳腔自再现模的2023/8/15

其能量损耗为

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其能量损耗为

2023/8/15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2023/8/4则几何自再现波型在腔内往返一次，总的能量损耗2023/8/152023/8/42023/8/153.9.5非稳腔的输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。稳定腔和非稳腔的输出藕合方式的异同点：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透射方式藕合至腔外。2.非稳腔中，两个反射镜通常是全反射镜，只要使其中一个反射镜的尺寸比另一个大得多，就可以单端输出。2023/8/43.9.5非稳腔的输出藕合方式由于非2023/8/152023/8/42023/8/153.9.5非稳腔的输出藕合方式常见的非稳腔输出藕合方式边缘藕合选光镜藕合边缘藕合和选光镜藕合输出光束形