CO2激光器多折腔介紹
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(guò)一次激活介質(zhì)就放大一次，從而得到一個(gè)相當(dāng)長(zhǎng)的等效腔長(zhǎng)，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(duì)腔和光束有相當(dāng)影響，尤其是折數(shù)多時(shí)其影響更大。對(duì)折疊腔而言，轉(zhuǎn)折鏡的選擇相當(dāng)重要。長(zhǎng)期以來(lái)，對(duì)折鏡的選擇一直存在兩種觀點(diǎn)。
(1)選擇有一定曲率的轉(zhuǎn)折鏡
由于CO2激光器在激光發(fā)射過(guò)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(qiáng)度的高斯分布使得激光工作物質(zhì)往往表現(xiàn)出負(fù)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(zhǎng)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(shè)計(jì)好的腔型發(fā)生變化(如由穩(wěn)定的共振球面腔變?yōu)閷?shí)際上的平面共振腔結(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(guò)計(jì)算選取一定曲率的轉(zhuǎn)折鏡補(bǔ)償負(fù)透效應(yīng)。
但是，激光光束對(duì)轉(zhuǎn)折鏡一般是斜入射，使用有一定曲率的轉(zhuǎn)折鏡時(shí)，會(huì)帶來(lái)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(diǎn)則是轉(zhuǎn)折鏡間嚴(yán)格準(zhǔn)直之后容易導(dǎo)致寄生模的產(chǎn)生。
(2)選擇平面轉(zhuǎn)折鏡
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(gè)轉(zhuǎn)折反射鏡的存在使寄生模成為多折腔的十分嚴(yán)重的問(wèn)題。
一般來(lái)說(shuō)，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(gè)模的輸出，使輸出光束的質(zhì)量受到嚴(yán)重的影響，而且嚴(yán)重時(shí)還會(huì)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(wú)法起振，可防止高階模的生成，從而確保單基模的振蕩輸出。
最后，由于多折腔對(duì)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(yīng)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(guān)鍵元件之一，國(guó)外普遍采用Si(硅)基底+金屬膜(Ag或Mo)+增強(qiáng)介質(zhì)模的結(jié)構(gòu)，而國(guó)內(nèi)多采用Cu(銅)基底鍍金的反射鏡，前者的反射率高達(dá)99.5%以上，而后者最好也只有98%；同時(shí)硅鏡的熱穩(wěn)定性較銅鏡好，光學(xué)加工性能也比無(wú)氧銅好，硅鏡得以廣泛應(yīng)用。所以，應(yīng)盡可能優(yōu)選高反射率的Si鏡作為轉(zhuǎn)折鏡。
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