波罗棱镜谐振腔激光器具有机械稳定度高、光束质量好的特点。波罗棱镜会使入射光退偏, 调 Q时 1/4λ波片无法有效工作, 需要使用适当的波片补偿。利用琼斯矩阵建立波罗棱镜谐振腔调 Q的数学模型并进行求解计算。分析了不同波罗棱镜方位角下的最优补偿波片并计算了波片公差、波罗棱镜折射率公差、方位角安装公差等对消光比的影响。当波罗棱镜水平放置, 波片相位公差±0.02λ, 关门消光比大于 20dB; 波罗棱镜 45°/135°放置时, 存在四种对应的最优关门波片, 波罗棱镜方位角 0±4.66°的范围内, 关门消光比可大于 30dB。以上结果为波罗棱镜谐振腔调 Q激光器的设计提供更优及更具工程化意义的依据。

为了探究正交波罗(Porro)棱镜谐振腔的模式, 在菲涅耳-基尔霍夫衍射积分公式的基础上, 采用快速傅里叶变换数值模拟的方法, 对Porro棱镜谐振腔输出模式进行了仿真计算。通过比较不同脊线宽度和直角制造误差的情况, 给出了正交双Porro棱镜谐振腔腔保持单横模运转的条件。仿真结果表明, Porro棱镜的加工误差在18 μm以下和角度误差在2″以下可保证输出光斑的完整性。

将正交波罗棱镜谐振腔应用于激光二极管(LD)抽运的光学参量振荡(OPO)激光器，实现了Ⅱ类非临界相位匹配KTP晶体的内腔式光参量振荡，获得了高机械稳定性、高热稳定性和较高光束质量的1.57 μm人眼安全激光输出。正交波罗棱镜腔存在腔内振荡光束线偏振运行条件，匀化了内腔OPO的抽运光光场。正交波罗棱镜腔OPO激光器解决了内腔式光参量振荡信号光输出不稳定，以及腔内光功率密度较高容易引起光学损伤等工程应用难题。器件采用热传导冷却半圆柱面LD阵列侧向抽运Nd:YAG抽运几何，在20 Hz运行条件下获得平均脉冲能量86 mJ，脉冲宽度5.4 ns，光束发散角5 mrad，能量稳定性优于±2.5％，光-光转换效率(808 nm→1570 nm)9％的优异性能。