2-58 一种改进型圆形球面虚共焦非稳腔数值模拟

王泰春 付汉清 杜祥琬

　　常规虚共焦非稳腔输出的是环形(空心)束，所以远场的聚焦能力比衍射极限要低许多。把全反射的凸面输出镜的能量反射率改成高斯型后，对于改进常规非稳腔远场聚焦性能有好处，但是过于复杂的镜面结构容易导致光束相位畸变。一种由凹面全反射镜和凸面半反射输出镜组成的所谓均匀相位输出耦合器可输出圆形(实心)束，使激光在远场的聚焦能力得到较大改善。但是这种非稳腔若用于带卡塞格林发射望远镜系统，中心区域的能量不仅发射不出去而且还可能有害。

　　根据上述各种非稳腔的优缺点，研究提出了一种改进型非稳腔。即凹面镜为全反射而凸面镜中心部分为全反射其余部分为部分反射的非稳腔。图1给出改进型非稳腔的示意装置。图中R₁和R₂分别为反射镜和输出镜的曲率半径，L为两镜间距，a₁和a₂为全反射的反射镜和输出镜的半径。在输出端半径处于a₂≤r¢₁≤a₃的部分为部分反射环面输出镜，常规非稳腔放大率m₁和激光谐振腔的有效放大率m₂分别为m₁=a₁/a₃和m₂=a₁/a₂。

　　在上面的两式中，因a_2<a₃所以m_2>m₁，由于输出的空心束的放大率m₂比常规非稳腔m₁大，所以远场聚焦好。正是由于作了上述改进，所以改进型非稳腔减少了部分光能在扩束发射系统中的不利作用，由于在r¢₁≤a₂范围内采用全反射所以不会降低激光从增益介质中提取能量的效率，从而保证了激光器有足够高的功率输出。

　　在近、远场均求解柱坐标中的菲涅耳积分方程，取远场距离L₁=5´10⁴cm，对m₂=1.35的常规非稳腔，m₂==2.0,3.33，反射率R为半反射的改进型非稳腔和m₂=2.0,3.33，反射率R服从高斯分布的非稳腔，发散角q =0.16mrad时所占能量的百分比分别为0.82；0.90，0.91;0.82,0.86，发散角减半时其百分比分别为0.49,0.75,0.75,0.69,0.69。从这两组数据可以看出改进型非稳腔的远场聚焦能力不仅比常规非稳腔好，而且比高斯型反射率非稳腔好。