作為高功率固體激光器的熱門發展方向之一，碟片激光器以其熱效應小、輸出功率高、光束質量好、光光效率高、功率可擴展等優良特性，自誕生以來就受到人們的普遍關注。盡管碟片晶體的冷卻效果遠優于傳統的棒狀或者板條晶體，然而，在千瓦級狀態，即便是碟片激光器的熱效應也是不能忽略的。碟片激光器諧振腔可以等效為一個含有透鏡的諧振腔。由于碟片激光器熱效應的特點及其激光和泵浦光匹配的要求，設計合理的諧振腔結構就顯得尤為重要。特別對于碟片激光器的功率擴展特性，更有必要對腔型進行深入的分析和研究。

　單碟片諧振腔設計

　　1、設計目標及限制條件

　　1.1設計目標

　　碟片晶體的厚度為0.2mm，一個表面鍍泵浦光和激光的增透膜，另一個表面鍍兩個波長的高反膜并焊接在熱沉上進行冷卻。基于這種結構，碟片激光器通常要么采取直腔的形式，即碟片的全反面和輸出鏡構成諧振腔；要么采取折疊腔的形式，將碟片作為一個折疊鏡使用。折疊腔中使用最多的是V型腔。

　　未泵浦狀態下的Yb：YAG晶體，對1000nm左右的激光有較強的吸收作用。于是，Yb：YAG的泵浦區會激發1030nm的激光，而Yb：YAG的非泵浦區則對1030nm激光有一定吸收作用，因此可以將Yb：YAG晶體上的泵浦區看作一軟光闌。當諧振腔基膜半徑太大時，受泵浦區軟光闌的影響，將產生嚴重的腔內損耗，不利于獲得較大功率的激光輸出；而當基模半徑遠小于泵浦光斑時，泵浦區的軟光闌對高階模的限制作用將大大減少，不利于獲得較好模式的激光輸出。因此，基模半徑和泵浦光斑半徑之間的匹配是碟片激光諧振腔設計中需要平衡的重要矛盾之一。對于碟片激光器，如果想要獲得最佳的光束質量（基模輸出），則

　　ωo = 0.6ωp - 0.8ωp

　　該值依賴于輸出鏡透過率和其他損耗的大小，對于6mm*6mm的泵浦光斑，則要求ωo ≈ 2mm；如果想要獲得最佳的輸出功率，則

　　ωo ≈ 0.2ωp - 0.3ωp

　　泵浦光斑6mm*6mm，則要求ωo ≈ 0.75mm。

　　諧振腔設計的首要目標是保證諧振腔的穩定性，其次應該使功率盡可能高、光束質量盡可能的號。然而，輸出功率和光束質量是一對矛盾，我們只能就所關心的指標進行權衡、選取。本項目的最終目的是獲得4kW穩定輸出的碟片激光器，所以功率是重點關心的指標。受限于實驗碟片的大小和損傷閾值，單碟片能夠輸出的功率不足以達到4kW，因此需要設計多碟片串接的諧振腔。