第1个回答 2020-09-04
首先，要确认你需要的激光器输出参数，然后反推你需要什么样的腔型、晶体、镜片等等。
比如你需要单脉冲能量不大，重频很高，脉冲较短，那皮秒飞秒的振荡器就足够了。什么矩阵、腔型模拟都不用算，直接照经验照文献怼~
一、振荡器
比如最基本的固体飞秒振荡器，如果要20fs左右短脉冲，就需要宽光谱，两个凹面镜腔镜的曲率半径就不能大，R=100或者R=75、50都可以，取决于你想输出的激光参数。这里需要知道一条——任何参数的追求都是有成本的，你只能根据你的需要取一个平衡。腔镜曲率半径小，则脉冲运行时的晶体内束腰半径小，好处是克尔透镜作用强烈，锁模后输出的光谱较宽；缺点是稳区边缘较窄，不太好找。稳区边缘就是看腔镜距离变化时长臂、短臂端镜上的光斑大小变化。变得超大时腔就非稳了，就没光了。锁模通常在稳区上边缘或者下边缘，这里对于脉冲或者连续光有很好的鉴别能力，脉冲损耗小出光，连续损耗大嗝屁，然后就出CW锁模了。如果连续光损耗小，则看光谱中有直流成分，调节腔镜再往非稳走一点，直流就没了。
如果需要7fs、5fs左右的短脉冲，其锁模后的光谱宽度可能达到甚至超过了荧光发射谱线，怎么搞？用输出较小的输出镜，比方说0.5%，然后因为输出小了，腔内的脉冲能流密度就强了，在强烈的克尔透镜也就是自相位调制效应下（一个是空间，一个是光谱），脉冲光谱会大大增宽，经精密的色散控制后输出亚十飞秒的输出激光。但是还要考虑像散的问题，脉冲太短时，腔内的束腰会发生移动，需要增大腔镜的折叠角提供像散，抵消晶体像散。见张志刚《飞秒激光技术》和 Xu Lin “High-powersub-10-fs Ti:sapphire oscillators” APB， 一篇Invited paper，讲的很细。Kartner手下牛人辈出啊。
晶体的选择上，比如最基本的钛宝石固体激光器，晶体太长的话你的色散补偿不好做，因此都尽量用较短的晶体；晶体的吸收率上，用高掺杂的话可以提高功率，低掺杂的话泵光很强，克尔效应容易启动，所以最好取适中的参数。单通吸收率LPSP一般在70%。
再比如你需要低重频的振荡器，做微加工什么的，不妨选用脉冲不太短，比如50fs的，然后可以在腔内加一个望远镜超长腔，把腔长拉个几十米，重频就下来了。依然不需要算腔，用曲率半径大一点比如200mm的，晶体长一点比如7-10mm，功率高一点比如20W，但是这样就需要将晶体制冷来降低一下热透镜了。锁模不好启动，就将原短臂改造成一个凹面镜和SESAM，然后就不是单纯的克尔透镜锁模，而是根据可饱和吸收的原理启动锁模，再利用克尔透镜获得短脉冲的被动锁模了。
再比如你需要高重频短脉冲振荡器，比如1GHz以上，那超短腔也够腔，就需要F-P腔滤波了。
二、放大器
你要确定你的脉宽、能量、重复频率、平均功率、光学元件损伤阈值等一系列参数，再进行合理的选择。
比如你要kHz高功率腔内倍频的纳秒光，那我也不懂。主要就是侧泵二极管、晶体、AOM选好就行了，感觉腔型没啥设计的，就是高功率，算一下热稳定性，尽量用大模场提高泵光利用率，然后根据晶体的大小进行自孔径选模。LBO什么的就是要足够长、恒温炉足够靠谱。至于镜架什么的，能用挠性形变最好，嫌贵的话就全用固定的，直接装上去甚至直接把镜片焊到外壳上去，留两个端镜和LBO可调就行了。
比如你要皮秒飞秒的放大器，那你问对人了。不过写在这儿不会影响我毕业吧！
多通没什么讲的，就是光斑控制，空间重合。玩花样不外乎自成像法和热透镜通道。就讲再生好了。
只要是高能量、高功率谐振腔，谨记两点：热稳定性、腔型失调灵敏性。