定义
光学谐振器作为激光器的基本构件。
激光器通常需要激光谐振器（或激光腔），其中激光辐射可以循环并通过补偿光功率损耗的增益介质。 例外情况是少数情况（例如一些自由电子激光器），其中使用具有非常高增益的介质，因此放大的自发发射在通过增益介质的单次通过中提取显着的功率。
激光谐振器通常包含多个激光反射镜，其中一个是输出耦合器、激光增益介质，以及可能的其他光学元件，例如用于波长调谐、Q 切换或模式锁定。 它可以是具有两个端镜的线性谐振器，也可以是环形谐振器。
激光辐射以对应于共振（谐振器模式）的一个或多个频率自动生成，可能由“增益牵引”引起的小偏差。 在谐振上操作不需要特殊措施；对于外部谐振器，例如谐振增强腔，这是不同的。
图1：两个简单的固态激光谐振器，以激光晶体为增益介质。输出光束是在谐振镜部分透射的情况下产生的。对于环形激光器（右），使用法拉第隔离器强制单向操作；没有它，将获得两个输出光束。
固态激光器的激光谐振器
固态体激光器通常由几个介电镜（激光反射镜）构建，这些介电镜可以是平面的或弯曲的。 图1显示了以这种方式构建的线性谐振器和环形谐振器，其中包含激光晶体（隐藏在激光头中）作为增益介质。 在某些情况下，在增益介质本身上放置介电镜涂层；请参阅有关单片固态激光器的文章。 其中一个反射镜（通常是端镜）是部分透射输出耦合器。
图2：一个简单的激光谐振器仅由二极管泵浦激光头周围的两个镜子组成。来源：尖端光电。
激光谐振器的设计（包括光学元件、入射角和组件之间的距离）决定了基模在光束沿线所有位置的光束半径以及其他重要属性。 为了获得最大的光束质量（→衍射极限输出），增益介质中的光束半径必须与泵浦区域的半径大致匹配。 对于较小的光束半径，可以获得多种空间模式的操作，导致光束质量不理想；然而，这种多模激光器还有其他优点，例如更宽的稳定区和较低的对错位灵敏度。
在许多情况下，激光谐振器设计应具有附加功能。 例如，它可以优化
- 紧凑性
- 用于在其他光学元件中实现光束半径的特定值 （例如，在被动锁模激光器的可饱和吸收体上)
- 用于避免光学元件中的光束半径太小（导致光学损伤，特别是在调Q激光器中）)
- 用于最大限度地减少增益介质中热透镜和相关光学像差的不利影响
- 用于最小化对准灵敏度
- 用于容纳多个激光头
- 对于一定的谐振器长度，确定锁模激光器中的脉冲重复率或Q开关激光器的脉冲持续时间。
特别是对于光束质量好的高功率激光器，增益介质中的热透镜非常重要。 谐振器设计应使热透镜的更改不会对模态尺寸产生太大影响。 此外，它对热像差[2]和错位[1]的敏感性应该较低。 不应低估这些因素的重要性；在某些情况下，即使在增益介质中具有相同的模式大小，两个谐振器也会导致非常不同的激光性能，并且在对准方面完全不同。
虽然评估给定激光谐振器的特性通常并不困难，但找到满足上述多个标准的谐振器设计可能具有挑战性。 使用特殊的谐振器设计软件进行数值优化可能是找到良好解决方案的唯一方法，特别是对于某些锁模激光器。 此外，在尝试查找具有特殊属性组合（例如大模式区域和短长度）的谐振器配置时，对谐振器属性的深入理解会有很大帮助。 对于高级设计问题，大量的经验至少与多功能设计软件一样重要。
一些高功率激光器（例如板式设计）使用不稳定的谐振器操作，尽管增益介质中存在强烈的热效应，但仍可以实现合理（但通常不是衍射限制）的光束质量。 由于衍射损耗高，这种激光腔需要相对较高的增益。
有各种类型的单片固态激光器，它们在激光晶体内具有整个光束路径。 然后，光束反射通常通过晶体表面上的介电涂层或全内反射来实现。
物理限制
尽管激光谐振器的各种特性可以通过合适的谐振器设计进行优化，但存在局限性，特别是对于某些特性组合。 例如，只能在有限的程度上结合谐振器长度短、模式面积大和对准灵敏度低等特点。 即使是优化的谐振器设计也无法完全满足某些激光器的理想规格，特别是对于高功率激光器。
另请注意，激光谐振器不应被视为有用意义上的功率可扩展，如2009-09-19 的 Spotlight 文章所述。 这意味着对于具有更高输出功率的激光器，某些设计挑战更为严峻。
激光谐振器的对准
对于设计简单的激光谐振器，例如在某些增益介质周围只有两个镜子，初始对准通常很容易找到。 一旦激光器工作，就可以进一步优化对准，简单地最大化输出功率。
对于更复杂的谐振器，在激光器开始工作的地方找到一些近似的初始对准可能非常具有挑战性。 在这种情况下，可能需要一些可见的对准激光器，其最好具有适当的波长，以便激光反射镜对该光束具有足够高的反射率。 在其他情况下，可以使用临时使用的镜子制作一个简单的谐振器进行启动，使用产生的输出光束对准其他组件，然后移除上述反射镜。
特别是具有大模式尺寸的激光谐振器可以具有高对准灵敏度。 例如，即使是很小的激光反射镜倾斜，也可能移动谐振器模式，导致输出功率下降，并可能降低光束质量。
不带激光谐振器的激光器
有些设备不包含光学谐振器，但有时被称为激光器。 特别是，这适用于具有非常高增益的自由电子激光器，其中发生强烈的放大自发发射。 与普通激光器类似，它们可能表现出高效且强定向的发射，因为增益很高，但只能沿着明确定义的线。 然而，有人可能会争辩说，这些不应该被称为激光，而应该被称为超发光源。
参考文献
[1] V. Magni, “Multielement stable resonators containing a variable lens”, J. Opt. Soc. Am. A 4 (10), 1962 (1987), doi:10.1364/JOSAA.4.001962
[2] R. Paschotta, “Beam quality deterioration of lasers caused by intracavity beam distortions”, Opt. Express 14 (13), 6069 (2006), doi:10.1364/OE.14.006069
[3] A. E. Siegman, Lasers, University Science Books, Mill Valley, CA (1986)
[4] N. Hodgson and H. Weber, Laser Resonators and Beam Propagation, Springer Series in Optical Sciences, Springer, Berlin (2005)
[5] R. Paschotta, case study on automatic resonator optimization with the RP Resonator software
