雷射共振腔 (Laser resonator):

雷射是一種光的放大器,藉由受激輻射(stimulated emission)的作用,可產生很高的放大增益,然而雷射就如同一般電子電路放大器一樣,需要一個回授(feedback)機制,讓一部份產生的光反射回來,再度進入放大器進行放大,如此便可源源不絕地持續產生光放大的作用。通常雷射共振腔由兩面反射鏡所構成,一面是近乎100%的反射,另一面則為部分反射,讓一部分的光回到雷射增益物質內進行回授放大,另一部分的光則釋放出去做為雷射輸出,作為輸出端的部分反射鏡就稱作輸出耦合鏡(output coupler),這種在雷射系統中能夠產生光回授機制的裝置,就是雷射共振腔(laser resonator)

紅寶石雷射的結構圖

對於不同操作模態的雷射,其輸出耦合鏡的反射率略有不同,以連續(continuous-wave, CW)輸出的雷射來說,輸出耦合鏡的反射率通常都在95%以上,因為CW雷射需要較高的腔內能量,才能使腔內增益大於損耗,達到雷射放大器的閾值(threshold),使雷射光得以源源不絕地產生。但以高能量脈衝式的雷射來說,輸出耦合鏡的反射率可能只有80%或更低,其目的是為了能瞬間釋放出大量的能量,二者在設計上有其相異之處,但也很容易理解。

半導體雷射具通常有很大的雷射增益,其單一路徑增益或可達100(1/cm)以上,僅僅憑藉半導體材質與空氣交界面約30%的反射率,便可提供足夠的回授,達到放大閾值,因此,半導體雷射的共振腔並不需要外加反射鏡,半導體材料本身就形成一個天然的共振腔。

若是雷射增益更大,在單一路徑內便可產生非常強的光放大作用,此時完全不需要任何回授機制,便可產生大量的雷射光,近年來發展迅速的光纖雷射,就是典型的例子。