Zemax 中带有体素探测器的激光谐振腔

激光谐振腔是激光系统的基本组成部分，在光的放大和相干激光辐射的产生中起着至关重要的作用。

激光腔由两个放置在光学谐振器两端的镜子组成。一个镜子反射率高（后镜），而另一个镜子部分透明（输出耦合器）。这些镜子的排列形成了一个光学反馈回路，使光可以在腔内来回反射。

增益介质是腔体内的活性材料，通过受激发射放大光。常见的增益介质包括气体（如气体激光器）、液体、半导体或掺杂有激光活性离子的固态材料（如晶体或玻璃）。增益介质负责发射形成激光束的光子。

增益介质需要“泵浦”才能实现粒子数反转，即处于激发态的原子或分子多于处于基态的原子或分子。这种泵浦通常使用外部能源进行，例如闪光灯、二极管激光器或其他机制（具体取决于激光器的类型）。

本视频演示了Zemax非序列模式下的双镜谐振腔结构，如图1所示。两面曲面镜分别设置在谐振腔的两侧，构成谐振腔的主体结构，两面镜旁分别设置两个泵浦源，如图2所示。图3是该模型的部件清单。在谐振腔的中央放置了一个带有25个载玻片的体积探测器，用于感应腔内不同位置的光通量。谐振腔的增益介质为BK7玻璃棒，位于谐振腔的中央。

 

图1 谐振腔阴影结构

 

图 2 谐振腔中的泵浦源（橙色）

 

图3 谐振腔元件清单

图4-6为体积探测器不同截面位置的通量分布，图4中中间截面通量最大，边截面通量最小，如图6所示。

 

图 4 体积探测器中间位置（25 个中的 13 个）的吸收通量

 

图 5 体积探测器 1/4 位置（25 个中的 7 个）的吸收通量

 

图 6 体积探测器最侧边位置（25 个中的 1 个）的吸收通量

当增益介质被泵浦并在腔内发生受激发射时，镜子提供的光反馈会使发射光被放大并变得相干。然后可以通过部分透明的镜子提取相干光以形成激光束。不同类型的激光器具有不同的腔体配置和增益介质，从而导致各种激光系统用于各种应用，包括电信、医疗程序、工业过程和科学研究。