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全半反镜
激光全反镜和半反镜(也称为部分反射镜或输出耦合器)是激光器中非常关键的光学元件。它们用于控制激光腔内的光学回馈和输出,是激光振荡和稳定性的重要保证。它们在激光谐振腔中发挥着不同的作用,通过精确控制反射率和透射率,优化激光器的性能。
1. 激光全反镜(High Reflector, HR):
定义:
全反镜是指反射率非常高(通常在99.9%以上)的镜子。它能够几乎完全反射入射的激光束,并将其返回到激光谐振腔中。
作用:
在激光谐振腔中,全反镜被放置在激光增益介质的一端,用来形成光学回路,将激光器产生的光束反射回增益介质,从而在腔内不断地激励和放大光波,增加激光的强度。
全反镜的高反射率保证了激光腔内足够的光反射,以维持激光器的持续振荡状态。
材料与镀膜:
全反镜通常由光学玻璃或石英材料制成,其表面会镀有高反射率的多层介质镀膜,调整镀膜的材料和厚度可以针对特定波长(如1064 nm、532 nm等激光波长)达到最佳反射效果。
2. 激光半反镜(Partial Reflector or Output Coupler, OC):
定义:
半反镜是指反射率和透射率都介于0到100%之间的镜子,反射率通常在90%以下(比如70%、50%或其他特定值)。它在激光谐振腔中允许部分激光光束透过,剩余部分则被反射。
作用:
半反镜的主要作用是作为激光器的输出耦合器,它放置在谐振腔的另一端,使得部分激光能够从谐振腔内释放出来,形成最终的激光输出束。
通过调节半反镜的反射率和透射率,可以优化激光器的输出功率和效率。理想情况下,透射的光量刚好能让激光腔内保持激光振荡,同时输出足够强度的激光束。
材料与镀膜:
与全反镜类似,半反镜也采用高精度的光学材料,表面涂有针对特定波长的多层介质膜,以实现精确的反射和透射比例。通常,半反镜的设计和制作需要考虑激光的波长、功率以及腔内的光学路径。
全反镜和半反镜在激光器中的协同作用:
谐振腔结构:
激光谐振腔通常由一个全反镜和一个半反镜(输出耦合器)构成。这两者分别放置在激光增益介质的两端,形成光学反馈环路。
当激光增益介质被激励后,它会放大在谐振腔内来回反射的光束。全反镜保证大部分光线被反射回增益介质,半反镜则允许一部分光束穿过,以输出成束的激光。
光学增益和振荡:
激光器工作时,需要腔内的增益超过损耗才能启动激光振荡。全反镜和半反镜的反射率配置直接影响到谐振腔内光的损耗和增益的平衡。
通过优化全反镜和半反镜的反射率,可以调整激光器的启动阈值、输出功率和光束质量,确保激光器在最佳状态下工作。
光束质量与稳定性:
在高功率激光器中,全反镜和半反镜的质量和表面光洁度也会影响激光输出光束的质量。较高的表面平整度和精确的镀膜能够减少损耗和散射,确保激光束的稳定性和模式质量。
应用场景:
工业加工:用于切割、焊接、打标等工业激光设备中,全反镜和半反镜的性能直接影响激光输出的功率和精度。
科研与医疗:在科研用激光器和医疗激光器中,全反镜和半反镜的高反射率镀膜帮助实现稳定的激光输出。
激光通讯与光谱分析:在激光通信、光谱分析等高精度领域,优化全反镜和半反镜的特性可以提高信号传输效率和光学精度。
全反镜和半反镜在激光器中共同作用,精确控制激光谐振腔内的光反馈和输出效率,是激光系统设计中不可或缺的关键组件。