内腔式CO2激光器的工作状态研究与波导效应

"内腔式CO2激光器工作状态的研究" 本文主要探讨了内腔式二氧化碳(CO2)激光器，特别是那些具有内径φ=3至6毫米的放电管的激光器的工作状态。这种类型的激光器因其结构紧凑、功率适中而被广泛应用在光通信、光雷达、医疗以及大气污染监测等领域。然而，实际应用中发现它们的输出光束表现出许多不符合传统开腔理论的异常现象。 首先，这些激光器的基模光束是线偏振光，但偏振方向并不稳定，这是不常见的。其次，激光器存在支线跳变现象，即在特定条件下，原本不应出现或增益系数较低的支线（如9.6微米波段的E.714支线）会出现。再者，腔外光束的半径测量值与理论预测值有显著差异，这可能影响到光束质量的评估。最后，基模的输出功率远超开腔理论的计算值，这一现象对器件性能的评估和优化构成挑战。 这些异常现象使得基于开腔理论的设计和应用面临困难，因为开腔理论无法完全解释这些行为。作者指出，这些特征与典型的玻璃波导CO2激光器的表现相吻合，暗示内腔式CO2激光器可能工作在波导激光器的状态。在波导激光器中，光束的传播和模式选择受到介质内部结构的强烈限制，这可能导致观察到的非典型行为。 文章通过损耗对比和实验分析，证实了φ=3至6毫米、N约等于1的内腔式CO2激光器确实工作在波导模式下。这一发现为解释上述异常现象提供了理论依据，同时也为改进和优化这类激光器的设计提供了新的思路。例如，理解波导效应可能有助于控制和稳定光束的偏振方向，减少支线跳变，并更准确地预测光束参数。 内腔式CO2激光器的异常工作状态揭示了其内在的波导特性，这为未来研究和改进此类激光器提供了重要的科学依据。研究者需要进一步探索如何利用波导效应来优化激光器的性能，以满足各种应用的需求。同时，这一发现也提醒我们在设计和使用激光器时，不能仅依赖于传统的开腔理论，而是要结合具体的工作条件和物理机制进行综合考虑。