免调试角锥棱镜激光谐振腔的基本特性

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提高激光器在振动环境中腔镜的抗失调能力是激光器研制的一个主要目标。把角锥后向反射棱镜用于激光器腔镜，利用它的后向反射特性，很好地解决了在运动和强振动恶劣环境中的抗失调能力，研制了免调试固体激光器，即使角锥棱镜偏离光轴数十度，谐振腔的输出特性基本上不受影响。目前使用的典型角锥棱镜谐振腔由一个角锥棱镜和一个平面镜构成，平面镜兼作输出耦合镜。
角锥反射器等效于6块光楔的组合，每块光楔的楔角大小由da，db和dc共同决定。角锥反射器反射光束传输过程中的强度分布取决于各区域反射光的衍射和干涉的综合结果。
用数值迭代法可求出多次往返过程中光线的坐标位置及其xk与光轴的夹角qk。通过计算，它不能构成约束稳定腔。3个二面角误差的值对腔的损耗系数会有很大影响。对角锥棱镜谐振腔的本征模式进行了数值模拟。模拟结果表明：
(1)当角锥棱镜的3个二面角误差相同或相近时，无论二面角误差取正值还是负值，角锥棱镜腔的谐振模式无论是近场还是远场，其光强分布和相位分布均与高阶拉盖尔高斯光束相似，图1给出了da=db=dc=-22，L=300mm，腔镜为f6mm时的结果。大量的计算表明，二面角误差取正值或取绝对值较小的负值，且3个二面角误差相同或相近时，其振荡模式都与TEM03模拉盖尔高斯光束相似。当二面角误差取绝对值较大的负值，且3个二面角误差相同或相近时，其振荡模式与更高阶的拉盖尔高斯光束相似(但并不完全相同)。
(2)当3个二面角误差不同时，模式中不同部分的光强分布变得不均衡，3个二面角误差差别越大，这种不均衡分布越明显。
(3)当角锥棱镜腔振荡模式为TEM03模时(二面角误差取正值或取绝对值较小的负值)，具有很好的自再现特性，即经过一次或任何次数往返后，其光强和相位分布均不变。
(4)当角锥棱镜腔振荡模式为比TEM03模更高阶的模式时(3个二面角误差都取绝对值较大的负值)，形成稳定的振荡后，其模式的总体特征和阶数在继续迭代过程中保持稳定不变，但经过一次或多次往返后，其光斑的能量分布会在光斑的各部分间相互转移，使得光斑图案发生变化。经过足够多次数的往返后，光斑图案可能复现曾经出现过的图案，但这种复现似乎不具有固定的周期。