[实用新型]高分辨率的光栅腔选支激光器

说明书

本实用新型涉及激光器，尤其涉及高分辨率的光栅腔选支激光器。

通常象CO₂、CO、N₂O等分子气体可调谐激光器以及染料液体可调谐激光器等都采用光栅腔原理实施谱线的选择。光栅腔由一块球面反射镜和一块平面闪跃光栅所构成。评价光栅腔选支激光器性能的最主要的参量之一是它的谱线分辨率，即可调谐激光器可分辨的最小波长间隔。

本实用新型的目的是提供一种结构合理，制作方便的高分辨率的光栅腔选支激光器。

为了达到上述目的本实用新型采取下列措施：它依次具有球面反射镜，激光放电管和平面闪跃光栅，平面光栅置于转台上。

本实用新型结构合理、制作方便、分辨率高，能适用于所有的具有系列的分立谱线或准连续谱线输出的激光器，如CO₂、CO、N₂O、准分子、远红外激光器，有机染料和无机液体激光器，以及半导体激光器。

下面结合附图作详细说明。

图1是高分辨率的光栅腔选支激光器结构示意图；

图2是选支原理分析图。

高分辨率的光栅腔选支激光器，依次具有球面反射镜1，激光放电管2和平面闪跃光栅3，平面光栅3置于转台4上，转动平面闪跃光栅，实施光栅腔的选择。

激光放电管为CO₂激光器放电管，则球面反射镜的曲率半径R=3～7m，CO激光器放电管，则球面反射镜的曲率半径R=4～10m，染料激光器，则球面反射镜的曲率半径R=8～12m，N₂O激光器放电管，则球面反射镜的曲率半径R=7～13m。激光放电管为CO₂激光器放电管，则球面反射镜的曲率半径R=5m，CO激光器放电管，则球面反射镜的曲率半径R=7m，染料激光器，则球面反射镜的曲率半径R=10m，N₂O激光器放电管，则球面反射镜的曲率半径R=9m。

本实用新型通过理论分析表明，光栅腔中对于满足中心波长λo的振荡光具有完全相同于通常平凹腔的光场分布，而对于偏离λo波长的光来说，相当于是腔失调损耗。因此，本实用新型认为，如果某一构型的光栅腔具有高的腔失调灵敏度，就意味着该腔具有高的谱线分辨率，即具有良好的可分辨最小波长间隔的本领。

在由平面闪跃光栅和球面镜所构成的光栅腔中，对于偏离中心波长λo的光，腔内的光场分布形式等价于通常平凹腔失调时的情形，光栅调的选支过程，相当于平面镜的换调过程。按照“维持基模振荡”的观点，只要基模光斑保持在反射镜的有效尺寸范围内，此基模仍能维持振荡，因而，以此用为平凹腔失调的容限。假设反射镜的有效半径为a，基模在反射镜上的光斑半径为ω_s，由“维持基模振荡”的观点，平面镜(光栅)的最大容许倾角θ_max(见图1)为：

θ_max=a-ω_s/R            (1)式中，R是球面反射镜的曲率半径。再根据本实用新型导出的微分光栅方程：

δ=Δλ/2dcosα          (2)式中，δ是光栅倾角，即选支时的调谐角，d是光栅常数，α是光栅闪跃角。令δ=θ_max的情况下，得到：

Δλ=2d(a-ω_s/R)cosα    (3)式中，Δλ即是光栅腔可分辨的最小波长间隔。按公式(3)来选取球面反射镜的曲率半径，例如，CO₂分子激光器的00°1～02°0的R支跃迁的谱线R(46)与R(48)和波长间隔Δλ为7nm，按公式(3)，要使光栅腔选支激光器能分辨出这两条谱线，光栅腔的球面反射镜的曲率半径R为5m。