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大多數激光器，至少是普通大眾乃至相當有經驗的激光愛好者所熟悉的那些，以及基礎激光教材中介紹的那些，都采用所謂的 “法布里 - 珀羅（FP）” 諧振腔：一對反射鏡，所有的激光作用都在這對反射鏡之間發生。常見的氣體激光器（氦氖激光器、氬離子激光器等）、二極管激光器以及許多固體激光器都是如此。然而，環形結構的激光并非在反射鏡間來回反射，而是沿閉合路徑傳播，實際上被用于許多商用激光器，尤其是固體激光器。

環形結構

為便于討論，我們或許最好將諧振腔想象成正多邊形的形狀，反射鏡位于多邊形的頂點。不過，“環形” 實際上可以是任何形狀，只要光不會在增益介質內回溯路徑（從而形成駐波）即可。反射鏡的位置也不重要，它們不像 FP 腔那樣存在邊界條件限制。因此，環形結構可以是平面的或非平面的、任意邊數的正多邊形或不規則多邊形、鋸齒形等等。實際上，整個激光器甚至可以是一個閉合的光纖環！光路甚至可以交叉。環形激光諧振腔的尺寸差異很大，小到幾毫米邊長的微芯片，大到數米邊長的大型裝置。商用二極管泵浦固體（DPSS）環形激光器的典型尺寸是總往返長度從幾厘米到幾十厘米不等。

環形結構的工作原理及優勢

盡管實際結構細節可能差異很大，往往不標注的話甚至難以辨認光路，但 FP 腔與環形腔最核心的區別在于：前者對應駐波激光器，后者對應行波激光器。在 FP 腔中，光在反射鏡間來回反射。要滿足諧振條件并產生激光振蕩，增益介質內必須形成駐波。這就要求反射鏡之間的距離恰好能容納整數個半波長，由此也決定了模式間隔為 c/2L（c 為光速，L為腔長）。

在環形腔中，駐波形成的等效條件是：諧振腔的總往返距離能容納整數個半波長。因此，其自由光譜范圍（FSR）和縱模間隔是 FP 腔的一半。而且，如果允許構成駐波的兩束反向傳播光束存在，環形腔的表現會與 FP 腔十分相似，只是模式間隔的決定因素不同（環形腔由總往返距離決定，FP 腔由 2L 決定）。（不過這一特性本身也有優勢，比如環形腔有更長的線性距離可容納腔內光學元件，但這通常是次要考量。）

然而，借助光隔離器（一種類似 “光二極管” 的器件）或腔內偏振法拉第旋轉效應，可以抑制環形腔中某一方向的光束。具體來說，法拉第效應可用于實現單向環形腔：諧振腔中某一位置的偏振元件（如布儒斯特片或帶布儒斯特切割面的激光晶體）會使光束形成線偏振。該光束會穿過一個半波片，其光軸與光束偏振方向成 β 角，半波片的特性是，會使兩個方向傳播的光束偏振方向均旋轉 2β 角（旋轉方向相同）。

光路中還設有一塊置于強軸向磁場中的磁光晶體或玻璃棒，利用法拉第效應，它會使兩束反向傳播的光束偏振方向分別旋轉 β' 角，但旋轉方向相反。當 β' 等于 β 時，其中一束光束在每次環行時偏振方向保持一致，從而獲得最大增益；而反向傳播的光束偏振方向會旋轉 2β 角，增益大幅降低，最終被有效抑制。

值得一提的是，釔鋁石榴石（YAG）既可作為激光晶體，又可作為法拉第旋轉器，這能降低結構復雜度和成本。

允許腔內光僅沿單一方向傳播，就形成了行波激光器。其諧振條件實際上與駐波激光器相同：光束每次環行后必須保持同相位（若相位不一致，會導致光強減弱甚至無光輸出）。但單向環形腔非常有利于單縱模運行，原因很簡單：在駐波（FP）激光器中，增益介質僅在駐波波峰區域被充分消耗（粒子數反轉被耗盡），這一現象稱為 “空間燒孔”。這會導致增益介質中出現未被充分利用的區域，使得其他縱模得以在這些區域（遠離波峰處）建立振蕩。通常，激光器剛超過閾值時會運行在單縱模狀態；但隨著激勵增強，其他模式的增益會達到振蕩閾值，激光器最終會進入多縱模運行狀態。

雖然可以通過縮短激光腔長（使其他模式落在激光介質的增益帶寬之外）來抑制多縱模，但這可能并非可行方案。將增益介質緊貼其中一塊反射鏡，也能減少多模運行的傾向（因為相鄰模式的相關性更強，空間燒孔效應減弱），但無法完全消除多模。

行波激光器則完全不存在空間燒孔問題，因為光束在腔內循環傳播，整個增益介質都能被均勻利用。這使得單縱模運行更加穩定，激光器可以在更高功率下運行，才會出現其他模式。而且由于增益介質被充分利用，激光器的效率也會提高。對于采用倍頻（SHG）及其他頻率倍增晶體的激光器來說，另一大優勢是：由于光束單向傳播，所有轉換光（如綠光）都能從一個光學元件處提取，無需處理反向傳播的光束。

出于這些原因，許多商用固體激光器都采用環形諧振腔結構，那么,為何環形激光器沒有得到全面的普及呢？原因之一是與 FP 激光器相比，環形激光器的結構更復雜、成本更高；而且許多應用并不需要單縱模運行。

激光器推薦

瑞典的Cobolt 05系列高功率窄線寬激光器均采用環形諧振腔設計。05系列Cobolt激光器均具有：

??超窄的線寬(＜500KHz)

??TEM00模光斑（M2＜1.1）

??低噪聲Noise, 20 Hz - 20 MHz (rms)小于0.1％（@532nm）

??超高的波長穩定性小于1pm (±2°C and 8hrs)

??Cobolt激光器采用高溫固化技術，使其長期使用性和耐用性大大提升

??Cooblt支持遠程協助功能，激光器可以通過遠程維護，省去了返廠的時間和財務成本的支出

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