雷射共振腔之光學鍍膜設計

在雷射共振腔方面，我們也希望以本實驗室自行鍍膜之技術，來 完成雷射共振腔所需的耦合透鏡。我們將利用第二章所提過導熱性 佳、材料及鍍膜皆為商品化的複合式晶體針對三種相同規格、不同公 司對輸出耦合透鏡(output coupler)所作之光學鍍膜，以半對稱式(half- symmetric cavity)架構來做一系列完整之實驗與分析。

如圖3.20，我們以波長 808 nm 之 Ti:sapphire tunable laser 為幫浦 光源，經過一焦距為100 mm 之聚焦透鏡後，在增益介質晶體上聚焦，

下表 3-5 為我們所選用之輸出耦合透鏡規格及光學鍍膜；其中 射之臨界閥值(threshold)太高而無法 lasing；Mirror 2 為本實驗室以 Lamda 公司所生產之透鏡，自行鍍膜後之實際鍍膜規格；其設計規格

在相同環境條件下，實驗結果皆可產生946 nm 的雷射光輸出，經量 測出上述三面鏡子之雷射輸出曲線如圖3.21 所示。

0 100 200 300 400 500 600

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 808-nm pump power (W)

946-nm power (mW)

Mirror2 Mirror1 Mirror3

圖3.21 半對稱式 946 nm 雷射輸出曲線

而圖3.22 為我們使用頻譜分析儀(optical spectrum analyzer)所量測到 輸出波長之頻譜，證實為946 nm 之雷射光輸出。

圖 3.22 雷射輸出頻譜圖

表3-6 不同輸出耦合透鏡之實驗結果

1.5 W pump @808 nm Mirror 1 Mirror 2 Mirror 3 946 nm max. power 61.3 mW 551 mW 13.8 mW

Threshold 0.73 W 0.6 W 0.4 W

經比較各鏡子之特性後整理如表3-6，其中 Mirror 3 對 946 nm 之 HR coating 應該最高，故腔外能量較弱，只可惜此一商品之鍍膜對 Nd:YAG 晶體之另一吸收波長 1064 nm 無法抑制(僅 R<50%)，故在雙 鏡式架構下會產生1064 nm 之雷射輸出，使得 946 nm 波段無法獲得 足夠之居量反轉；至於Mirror 1 雖然有對 1064 nm 做輸出抑制之鍍膜 設計，但其另一面輸入耦合透鏡，卻僅能以波長808 nm 之幫浦光源 使用，而我們所自行鍍膜之Mirror 2 雖然對 946 nm 之 HR coating 沒 像其他兩面鏡子那麼高，但其腔外能量較高，且斜率效率高達63%左 右，故在腔外較易觀察946 nm 之雷射輸出，更重要的是其另一面輸 入耦合透鏡之設計可同時針對波長808 nm、885 nm 所使用，此為我 們鍍膜之一大突破。如圖3.23，我們也針對在幫浦波長 808 nm 附近，

改變幫浦光源量測其輸出功率在不同幫浦波長下之改變。

0 100 200 300 400 500 600

803 804 805 806 807 808 809 810 811

946-nm lasing power (mW)

圖3.23 輸出功率與幫浦波長關係圖

圖3.24 及表 3-7 為本實驗室自行鍍膜的耦合透鏡 Mirror 2 規格圖表:

Part No. D (mm) f (mm) @ 633 nm R (mm) tc (mm) CCPC-25.4B-050 25.4 -97.1 50 4.0

圖3.24 本實驗室自行加以鍍膜之透鏡 Mirror 2

表3-7 耦合透鏡 Mirror 2 詳細規格 Specifications

Material: BK7A Surface flatness: < λ / 10 @ 633 nm

Surface quality: <10/5 (both sides) Centration error: < 3 arcmin

Focal length tolerance: < ± 0.5%

Diameter tolerance: < + 0.00 / - 0.20 mm Thickness tolerance: < ± 0.25 mm

Clear aperture: > 85% of diameter

圖3.25 與 3.26 分別為我們將一對耦合透鏡實際鍍膜後設計值及 完成之結果。

100

700 800 900 1000 1100 1200

Wavelength (nm)

300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 Wavelength (nm)

由圖3.25 及 3.26 可整理出表 3-8，由表中可見，輸入耦合透鏡之鍍膜 為同時針對808 nm、885 nm 兩種幫浦波長所設計，而輸出耦合透鏡 除了針對倍頻後波長473 nm 之藍光做高穿透使其輸出之設計外，並 且更對1064 nm 做了抑制之高穿透設計，使其無法在腔內累積能量，

而不至於與我們所需要的946 nm 波長來競爭增益量，當然，兩面鏡 子也皆對波長946 nm 做腔內高反射設計，由數據可知，由我們自行 設計及完成之雷射共振腔表面光學鍍膜實為相當不錯之成果。

表3-8 輸入/輸出耦合透鏡之表面多波段光學鍍膜 Input coupler Output coupler

波長 (nm) 穿透率 (%) 波長 (nm) 穿透率 (%)

946 2.11 1064 91.25 885 80 946 1.88 808 78.27 473 84.38