[发明专利]只输入式封闭环型光学腔及其应用

说明书

本发明涉及一类光学腔，以及它们的用途。

光学腔作为一种光学装置，在光学科学、光学技术中有着重要的作用。新型光学腔的出现，曾对光学科学与技术，乃至整个现代科学技术的发展起过极大的推动作用。众所周知，肖洛和汤斯在他们著名的关于激光的第一篇论文“远红外和光脉塞”(A.L.Schaw-low and C.H.Townes，Infrared and Optical Masers，Phys.Rev.，112，1940(1958))中，正是由于提出了开式光学谐振腔的设想，从而将受激辐射的微波放大--即Maser的工作原理能够应用到光频区，使得受激辐射的光波放大成为可能(参见文献：A.亚里夫著，刘颂豪等译，量子电子学，上海科学技术出版社，1983年，183页)，从而导致了激光器的诞生。

现在已有多种类型的光学腔，分别具有不同的性能和用途(参见文献：杨臣华，梅遂生，林钧挺主编，激光与红外技术手册，国防工业出版社，1990年，260页-273页)，但还没有这样一类无源(即腔内没有活性工作介质)的光学腔：当腔外光束入射后，能与在腔内运行的光束同方向、同路径地沿一封闭环型光路循环传播，从而储存入射光束能量，并使其在腔内的不断循环中叠加增强。该类新型的无源光学腔将在光学技术中得到重要的应用。

本发明的目的是提供这类新型光学腔，以及它们在获得强光脉冲、提高光学非线性转换的效率、提高高频光调制装置的光能利用率和降低高频光调制装置中工作介质的驱动电压、驱动磁场或驱动光场强度方面的用途。

本发明的目的是这样实现的：制作这样一类光学腔，它们的构造特征是腔内光路构成单向封闭环型，只有腔外光束进入此环型光路的输入端口，而没有可以使在此环型光路上运行的光束出射的输出端口，从而构成一类只输入式封闭环型光学腔。腔外光束可入射腔内，然后只能在一封闭环型光路中重复循环运行而不能输出，由于外界能量的持续汇入，腔内光束强度便不断增强，直至外界光能量的输入速率与光腔自身的能量损耗速率相等时而达到一平衡稳态最高值。光腔自身的能量损耗虽不可避免，但其速率却可采取措施使其尽量减小，从而使腔内光束强度远大于原入射值。

本发明所述的只输入式封闭环型光学腔可由一特殊的输入端口镜和缩束镜、反射镜组或和一环形光纤、会聚透镜组所组成，也可由一特殊的输入端口组合镜和一环形光纤所组成，其中输入端口镜又可分为反射式和透射式两种，依所用输入端口镜或输入端口组合镜种类区分，故可构成三种只输入式封闭环型光学腔。输入端口镜和输入端口组合镜的设计和制造是此类光学腔制作的关键。

对于反射式输入端口镜，是采用具有良好反射率的光学材料作片基(也可以先用其它材料作片基，下述结构制作完毕后，再在其上镀增反射膜)，在其一表面制作众多平行的等腰三角槽，即它们的横截面为等腰三角形，且各槽的几何形状相同。三角形的底边长度远大于入射波长(一般大于波长两到三个数量级)，两底角的角度为30度。由于每个三角槽的两个侧面都形成一细小的矩形反射镜，众多三角槽的整体便构成了一种结构特殊的具有对称双向反射功能的反射镜，从而可以将两束由两个对称方向入射的单色平行光束反射到一个特定的方向，并沿同一路径传播(详见后实施例及说明)。若两个入射光束中的一个是腔外输入光束，另一个是腔内经缩束镜、反射镜折反回的循环光束，则具有反射式输入端口镜的只输入式封闭环型光学腔便可组成。

对于透射式输入端口镜，则是采用具有良好透射率的光学材料作片基(并可以在下述结构制作完毕后，再在其表面镀增透膜以增加透射率)，也在其一表面制作众多的底边长度远大于入射波长的平行等腰三角槽，各槽的形状相同，不过三角形的两底角的角度是依据片基的折射率、使两束入射光折射透过后能汇合到同一方向和获得最大光能集光效率的要求而经计算确定的(详见后实施例及说明)。显然，这也使其成为一种结构特殊的具有双向对称折射功能的折射镜，它也能将两束由对称方向入射的单色平行光束折射到一个同一的方向，从而该端口镜与缩束镜、反射镜组配合时，便可构成具有透射式输入端口镜的只输入式封闭环型光学腔。