Ein dichroitischer Spiegel erleichtert die Energieextraktion, indem er als wellenlängenselektiver Filter innerhalb des Laserresonators fungiert. Durch die Verwendung spezialisierter Dünnschicht-Interferenzbeschichtungen bleibt der Spiegel für das fundamentale 1064nm Licht hochreflektierend, um den Laserprozess aufrechtzuerhalten, während er gleichzeitig für das frequenzverdoppelte 532nm grüne Licht hochtransmissiv (oder bei bestimmten Winkeln reflektierend) ist, wodurch es das System verlassen kann.
Durch die Entkopplung des Austrittspfades des grünen Lichts vom gefangenen fundamentalen Strahl stellen dichroitische Spiegel eine effiziente Ausgabe sicher und verhindern, dass das energiereiche grüne Licht in das Verstärkungsmedium zurückkehrt, wo es zu Signalverlusten führt.
Die Mechanik der Wellenlängentrennung
Dünnschicht-Interferenzbeschichtungen
Die Kernfunktion eines dichroitischen Spiegels beruht auf präzisen Dünnschicht-Interferenzbeschichtungen.
Dies sind keine standardmäßigen metallischen Reflexionen; es handelt sich um konstruierte Schichten, die unterschiedlich mit bestimmten Wellenlängen interagieren.
Für ein 532nm Lasersystem ist die Beschichtung so abgestimmt, dass sie zwei unterschiedliche Verhaltensweisen auf einer einzigen Oberfläche steuert.
Einfangen des fundamentalen 1064nm
Um den Laserbetrieb aufrechtzuerhalten, muss das fundamentale Infrarotlicht (1064nm) im Resonator verbleiben.
Der dichroitische Spiegel bietet hohe Reflektivität (HR) für diese spezifische Wellenlänge.
Dies hält die Photonen-Dichte im Hohlraum hoch und stellt sicher, dass der stimulierte Emissionsprozess effizient fortgesetzt wird.
Freigabe des grünen 532nm
Sobald das fundamentale Licht einen nichtlinearen Kristall durchläuft und in grünes Licht (532nm) umgewandelt wird, muss es sofort extrahiert werden.
Der dichroitische Spiegel ist so konzipiert, dass er für diese neue Wellenlänge hochtransmissiv (HT) oder bei einem bestimmten Winkel reflektierend ist.
Dies ermöglicht es dem grünen Licht, aus der Rückkopplungsschleife "auszubrechen", die das Infrarotlicht einfängt.
Optimierung der Ausgabe durch Kavitätsgeometrie
Die U-förmige Kavitätsstrategie
Die Referenz hebt die Wirksamkeit der Platzierung dieser Spiegel in einem U-förmigen Hohlraum hervor.
In dieser Konfiguration fungiert der dichroitische Spiegel als Faltspiegel oder Auskopplungsspiegel.
Er lenkt den fundamentalen Strahl zurück in das Verstärkungsmedium, während er dem erzeugten grünen Strahl erlaubt, linear auszutreten.
Verhinderung unnötiger Verluste
Eine entscheidende Rolle des dichroitischen Spiegels ist der Schutz der Effizienz des Systems.
Wenn 532nm Licht in das Verstärkungsmedium zurückreflektiert werden kann, wird es oft absorbiert oder gestreut, was zu thermischer Linseneffekte oder Ausgangsinstabilität führt.
Durch die strategische Ausleitung des grünen Lichts vom Verstärkungsmedium minimiert der Spiegel diese Verluste.
Verständnis der Kompromisse
Winkelabhängigkeit
Dichroitische Beschichtungen sind sehr empfindlich gegenüber dem Einfallswinkel.
Die Referenz stellt fest, dass Reflexion und Transmission bei "bestimmten Winkeln" auftreten.
Wenn der Spiegel leicht fehljustiert ist, verschieben sich die spektralen Eigenschaften, was potenziell das grüne Licht einfängt oder das Infrarotlicht durchlässt.
Komplexität der Beschichtung
Das Erreichen hoher Reflektivität für eine Wellenlänge und hoher Transmission für ihre Harmonische (halbe Wellenlänge) erfordert eine komplexe Herstellung.
Diese Beschichtungen müssen äußerst präzise sein.
Ungenauigkeiten in der Beschichtung können zu Streuung führen, was die Gesamtqualität des Laserstrahls beeinträchtigt.
Design für maximale Effizienz
Bei der Integration dichroitischer Spiegel in einen Resonator hängen Ihre Designentscheidungen von Ihren spezifischen Stabilitäts- und Leistungsanforderungen ab.
- Wenn Ihr Hauptaugenmerk auf der Ausgangsleistung liegt: Stellen Sie sicher, dass der Spiegel unmittelbar nach dem Frequenzverdopplungskristall platziert wird, um grünes Licht zu extrahieren, bevor es zu Ausbreitungsverlusten kommt.
- Wenn Ihr Hauptaugenmerk auf der Strahlqualität liegt: Verwenden Sie eine U-förmige Kavitätsgeometrie, um die thermische Last des Verstärkungsmediums strikt von der erzeugten grünen Ausgabe zu trennen.
Der Erfolg beim Design von grünen Lasern hängt letztendlich von der Präzision der Fähigkeit der dichroitischen Beschichtung ab, zwischen der fundamentalen und der verdoppelten Frequenz zu unterscheiden.
Zusammenfassungstabelle:
| Merkmal | Fundamentaler Strahl (1064nm) | Zweite Harmonische (532nm) |
|---|---|---|
| Spiegeleigenschaft | Hohe Reflektivität (HR) | Hohe Transmissivität (HT) |
| Funktion | Fängt Licht im Resonator ein | Extrahiert Energie als Ausgang |
| Rolle im Hohlraum | Aufrechterhaltung der stimulierten Emission | Verhindert thermische Verluste im Verstärkungsmedium |
| Schlüsselbeschränkung | Muss innerhalb der Schleife bleiben | Muss das System sofort verlassen |
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Referenzen
- Tingting Lu, Weibiao Chen Weibiao Chen. Highly efficient single longitudinal mode-pulsed green laser. DOI: 10.3788/col201311.051402
Dieser Artikel basiert auch auf technischen Informationen von Belislaser Wissensdatenbank .
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