CO2激光器多折腔介绍
多折腔在激活介质一边由输出镜和全反射镜组成，另一边则放置全反射镜，这样激光光束就在镜子中往返传播，每经过一次激活介质就放大一次，从而得到一个相当长的等效腔长，充分利用了增益介质。在多折腔这种多元件光腔中，转折镜的存在对腔和光束有相当影响，尤其是折数多时其影响更大。对折叠腔而言，转折镜的选择相当重要。长期以来，对折镜的选择一直存在两种观点。
(1)选择有一定曲率的转折镜
由于CO2激光器在激光发射过程中，总是有部分激光能量要转变为热能，使工作物质的温度升高。腔内光束强度的高斯分布使得激光工作物质往往表现出负透镜性质，其传输矩阵由
变为：
其中，l为工作物质的长度，α是反映折射率径向分布的参数(α＝n2/n0，折射率n的径向分布取n=n0+1/2×n2×r2的形式)。其作用的结果使设计好的腔型发生变化(如由稳定的共振球面腔变为实际上的平面共振腔结构，甚至变为非稳结构)，而使共振腔的功率损耗大大增加。因此，必须通过计算选取一定曲率的转折镜补偿负透效应。
但是，激光光束对转折镜一般是斜入射，使用有一定曲率的转折镜时，会带来光束在子午平面和弧矢平面上的象差，而使输出光束的质量变差；而最主要的缺点则是转折镜间严格准直之后容易导致寄生模的产生。
(2)选择平面转折镜
使用平面镜作为转折镜使多折叠腔的模体积最大，多折叠腔中多个转折反射镜的存在使寄生模成为多折腔的十分严重的问题。
一般来说，寄生模是由于输出窗口和转折全反镜形成振荡或转折镜之间形成振荡而生成的模。在多折腔中由于球面反射镜的灵敏度较低，容易形成寄生振荡，消耗了增益介质，抑制了单基模振荡，甚至形成多个模的输出，使输出光束的质量受到严重的影响，而且严重时还会烧坏腔内元件，污染谐振腔镜片和工作气体。因此，选择灵敏度比球面反射镜高得多的平面全反镜作为转折镜，并利用极微量的失调使高阶模的损耗增大无法起振，可防止高阶模的生成，从而确保单基模的振荡输出。
最后，由于多折腔对反射镜的损耗系数极为敏感。因此，要求多折腔的反射镜应具有尽可能高的反射率，高反镜是影响激光器光束质量的关键元件之一，国外普遍采用Si(硅)基底+金属膜(Ag或Mo)+增强介质模的结构，而国内多采用Cu(铜)基底镀金的反射镜，前者的反射率高达99.5%以上，而后者最好也只有98%；同时硅镜的热稳定性较铜镜好，光学加工性能也比无氧铜好，硅镜得以广泛应用。所以，应尽可能优选高反射率的Si镜作为转折镜。
|