电极 外形 的影响 ，准分 子激 光光斑 为矩 形， 更增加 了聚焦的难度 。 因而 在 很多 准分子 激光 应 用中 （ 如非 线性光 学、 激光 医学、 激光 加工等 ） 常 无法获 得所 需要 的功 率密度 。为 改善光束 常
方 向性 ， 通常 采用非 稳腔 结构 的谐 振腔 “ ”。
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ＲＩ ２ Ｒ ２ ９ ８ ＝ Ｌ 一 ＝ ０ ｍｍ
输 出镜 中央镀 圆形 全 反介质膜 ， 其半径
ａ ＝ ｌ ｌＲ ｌ ２ ｍｍ Ｒ ／ ａ ＝３ ４ Ｌ
考虑 到 电极几 何截 面对 谐振 腔 的影响 ，实 际取ａ＝２ ５ ｍ。 ．ｒ ａ
为 了得到圆形 的输 出光斑 ，便 于聚 焦，在 非稳 谐振 腔中安 置 了一个 圆孔光 阑，光 阑的直 径 必须 小于 放 电 电极 的宽 度 ，即至少 小 于２ ｍｒ ０ ａ。根 据 需要，我 们取 光 阑的直径 为 １ ｒｍ 左 ０ ａ
效 缩短 。 因此我们 将谐 振腔 设计成 外腔 式的正 支望 远镜 型非稳 腔。原 全反 镜 固定不变 ，Ｒ ＝ ： ４ ０ｍｍ￣全 反镜 有效 通光孔径 ｄ－３ ｍｍ 用 布儒斯 特窗代 替 平面镜 密封器 件 ，同 时消除子 ００ ０ ｊ － 腔 效应 。取 非稳腔长 Ｌ ＝ｉ４ｍｍ。此 时 得到输 出镜 曲率半径 ｔ ５６
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正 支和 负支望远 镜型 最 有利于 改善 光束方 向性 。 负支望 远镜 型非 稳腔 内存在 焦点 ， 是双 凹型 ， 腔 镜 的曲率半 径 满足 ： Ｒｌ２ ２２ ／ ＋Ｒ ／ ＝Ｌ，且ｇｇ ＜０。 】￡ （） １ （） ２
正支望远 镜型 非稳 腔， 公共焦 点在 腔外 ，是 凸凹型 ，腔镜 曲率 半径满 足 ｔ
稳定 腔 由于 损 耗低 ，常导致 多模 运 转，光束质 量 比较差 。而 非稳腔 存在 固有光 线发散损
耗 ，只 有近 轴光 线才能在 腔 内径 多 次往 返形成激 光振 荡 。因而非 稳腔 的 高损 耗决定 了它 的几
个 独特 的优点 ：能 提供能 量适于 均 匀分布 的模体积 ；横 模 鉴别能力 强ｊ 可获 得近衍 射极 限的 高质 量单模光 束， 易于耦 合输 出。 非稳 腔的结构 很 多 ，有双 凸腔 、 平 凸腔、双 凹腔、 平 凹腔和 凸凹腔。在 众多 类型 中， 以
实 测，光 束 发散角为 ５ ９ ｘ０ ７ ｍｒ ｄ ．７ ．８ ａ 。
我 们将 这台准 分子 激 光器改装 成 非稳腔型 器 件 。考虑到 负 支望远 镜型腔 内存 在 焦点 ，激
光 不能 充满 介质， 利用 率 较低｝ 且正 支望远镜 型 公共 焦点在 腔外 ，可 使激 光器 的几 何尺 寸有
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⑤
非稳腔运转 的准分子激光器
・
一
、
所
设计 了一正支望远镜型非稳腔 准分子激光 器， 与稳定腔相 比， 非稳腔激光的 发散角垂直方向缩
小了五倍，水平方 向缩小 了十倍 。
准分子 激光 的运 转脉宽 通常 为ｌ 一 ２ ｎ ， 当谐 振腔 长为 ｌＯ ｍ 时， 光子在 腔 中仅往返 二 Ｏ ５ｓ Ｏｃ 至三次。这 样 以稳 定腔运 转的 准分 子激光 器 发散 角高达２ ４ ａ 。 且在 快 放 电装 置 中受主 ￣ ｍｒ ｄ 而
式 中： ｇ 一Ｌ Ｒ 激光 介质 单程 增益系数 ’Ｉ激 光介质 长度 ｝ 一 激 光 波长， ＝Ｒ ／。 ＝１ ／ ， ：２
我 们有 一台稳 定腔 的 准分子 激光器 ， 电极 采用 Ｒ ｇ ｗｓ ｙ 型 ，有效放 电区 长６ ０ ｍ， 主 ｏｏ ｋ 面 ｒ ０ａ
宽 ３ ｒｍ，极 间￣ Ｚ ｍｍ 谐 振腔 为 平 凹腔 ，全 反镜 曲率半 径Ｒ ＝４ ０ｒｍ，石英 基 底镀 介质 ０ ａ Ｅ０ ００ ａ 全 反膜 。输 出镜为 不镀 膜 的石英 平面 镜。 激光 谐振腔 长ｉ ０ｍｍ。 当充入工 作 气体 ＨＣ ：Ｘｅ Ｏ０ Ｉ ： ＝２ｏ ｔ２ｔｒ：ａｍ时， 可得到 单脉 冲能量 为２ ０ 的３ ８ｍＸｅ 激光输 出 。用光斑 法 Ａｒ ｔｒ ：０ｏ ｔｌｔ ５ ｍＪ ０ｎ Ｃｌ
非 稳腔器 件 的输 出特 性 曲线 与稳定 腔相 比较 ，激光 输出能 量下 降５ 晒，发 散角垂 直方 向 减 ４
小了五倍 ，水 平方 向 减小 了十 倍 。
该非 稳腔 准分子 激光器在 我 们 的准分子 激光 心血管 消融术 的离 体实 验 中 以及 准分 子激光 农 业育 种 中发挥 了重要 的作 用。
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右。 以加 光 阑的方法 改善 激 光束的质 量， 实际上 是 以牺牲 输出能量 为 代价 的。在 我 们的实 验 条件 下， 加 了光阑的非 稳腔 比不加光 阑 的稳定腔 输 出能量 损耗大 于５ 。 ０
图ｌ 出Ｘｅ １ 示 Ｃ 准分 子激 光器的非 稳腔 几何 图形。
图１ 非稳腔 准分子激光器示意图
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（ 接 第２ 页） 上 ８
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Ｒ／ １２＋Ｒ２２ ／ ＝Ｌ，且ｇｇ＞ｌ 。 ｌ２
设计非稳腔时，通常给出腔长Ｌ ，全反镜有效孔径如 ，曲率半径 来确定输出耦台镜曲
率半径 Ｒ， 金 反射 半径ａ 从 （） 和镀 １式和 （） ２ 式可得 。
Ｒ】 ２ —Ｒ２ ＝ Ｌ （ ３）
为获 得激 活介 质摄 高利用 率，ａ应满 足・ ， － ＝ａ／ ｌ ：Ｍ，其 中ａ ＝ｄ／ ， ２ ±２
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（） ４
Ｍ为 非稳腔 的放 大 率
Ｍ＝ ｌ ２Ｒ １ Ｒ／
（ ） ５
为 了获得近衍 射极 限的激光发 散度 ，按 下式选 取 Ｍ值・
Ｍ 音 ≥
收藉 日期 １ ８ 年 ９ ９ ９８ 月 扫 ●华 中工 学 院几 七 投 毕 业 生
－
（） ６
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