激光光学 Laser optics

2022-11-11 09:48:31 浏览:208

定义

激光光学本质上是指与激光一起使用的光学元件和系统——无论是作为激光的一部分,还是用于传输和操纵激光束或其他形式的激光。

典型要求

与用于其他目的(如成像)的光学器件相比,对激光光学器件的一些典型要求是:

  • 通常,需要将光损耗降至最低,特别是对于激光谐振器中使用的组件。 例如,高反射激光误差通常具有99.9%或更高的反射率,因此谐振器中往返的总寄生损耗通常远低于1%。
  • 激光反射镜、棱镜等的表面质量通常需要相当高,例如均方根粗糙度低于λ/10。 然而,对于成像光学器件(如摄影物镜)来说,情况类似。
  • 特别是对于具有高峰值功率和脉冲能量的脉冲激光器(主要是调Q激光器),激光光学器件需要具有较高的光学损伤阈值。
  • 在许多情况下,仅在特定的光学波长下需要良好的性能,即在某些激光线下,这些激光线通常位于红外光谱区域。 因此,通常不需要消色差光学器件。 然而,在某些情况下,需要多个波长的特定属性,例如激光波长和倍频光。 此外,一些激光器,例如脉冲持续时间特别短的超短脉冲激光器,具有相当大的光学带宽,因此需要具有适当宽带特性的光学器件,例如在反射带宽和色散方面。

激光光学

激光器中经常使用一系列无源光学元件:

  • 激光反射镜通常用于构建激光谐振器。 它们中的大多数是高反射介电镜,而其他具有一些部分透射率,可用作输出耦合器。二向色镜通常用于将泵浦光注入激光谐振器。 对于超快激光器,通常需要色散镜。
  • 透镜在激光谐振器中的使用不多;聚焦或散焦通常使用曲面镜完成,以尽量减少传播损耗和寄生反射。
  • 棱镜更常用于激光器外部,但有时也用于内部,特别是用于超快激光器中的色散补偿。
  • 波长调谐通常是通过在激光谐振器中插入某种滤光片来实现的,例如,标准具或Lyot滤光片。
  • 被动模式锁定可以通过使用可饱和吸收器来完成。

此外,需要某种激光增益介质,其可以是例如激光晶体、稀土掺杂光纤、半导体增益芯片(例如在外腔二极管激光器或垂直外腔表面发射激光器中)或气体放电管。

在某些情况下,需要某种光调制器,例如,用于Q切换或模式锁定的声光或电光调制器。

激光光学元件

在激光谐振器之外,激光通常需要传输和操纵,为此可以使用不同类型的光学元件和系统:

  • 反射镜用于重定向激光,也用于精确调整光束路径。 例如,人们经常使用一对镜子,每个镜子将光束方向改变大约 90°。 使用镜架上的千分尺螺钉可以对光束进行精确对准。
  • 透镜(包括柱面透镜)通常用于准直激光束,或修改其光束半径,或用于紧密光束聚焦。 有时,这些事情是用完整的组件完成的,如光束准直器、扩束镜和聚焦物镜,其中可能包含多个透镜。
  • 变形棱镜对可用于将椭圆光束轮廓转换为圆形光束轮廓。
  • 模式清洁器可用于提高光束质量。
  • 偏振或非偏振分束器可用于获取多个光束或保证线性偏振状态。
  • 波片可用于操纵偏振状态 – 例如,用于旋转偏振方向或将线偏振光转换为圆偏振光。
  • 滤光片可用于去除不需要的光谱成分,例如倍频器后的残余激光。
  • 可以使用中性密度滤波器和其他光衰减器来降低光功率。 还有所谓的噪音消耗器,它们会自动调整衰减,例如获得恒定的输出功率。
  • 法拉第隔离器用于保护激光源免受背反射光的影响。
  • 可以插入各种光调制器,例如强度或相位调制器或光开关。
  • 在某些情况下,使用衍射光学器件,例如将光束分成具有单个光学元件的大量光束。
  • 不需要的光束可能会被送入光束转储,以便安全地将光能转换为热量。
  • 有用于激光扫描仪的扫描透镜,向不同方向发送激光束。

激光物理

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