【正文】 m????222 s i n2 ????dcm圖 (42) 法布里 珀羅標(biāo)準(zhǔn)具法示意圖 適當(dāng)?shù)恼{(diào)整 角，就可以達(dá)到選頻的目的 ?對(duì)于多縱模激光器，在諧振腔中插入一標(biāo)準(zhǔn)具后，我們適當(dāng)?shù)剡x擇標(biāo)準(zhǔn)具的厚度 d和反射率 ρ，使得標(biāo)準(zhǔn)具的峰值頻率間隔 Δv與激光器的熒光線寬相當(dāng)，從而使得在有效增益線寬內(nèi)，只能通過一個(gè)縱模，而其余的縱模因透過率小均被標(biāo)準(zhǔn)具所 “ 濾掉 ” ，從而達(dá)到選縱模的目的。 法－珀標(biāo)準(zhǔn)具選縱模的優(yōu)點(diǎn)在于標(biāo)準(zhǔn)具平行平面板的厚度 d可以調(diào)整到很薄，因此對(duì)增益線寬很寬的工作物質(zhì)和氬離子、紅寶石、 YAG等也能夠獲得單縱模振蕩，可適用于大功率激光器。 激光器一端的反射鏡被三塊反射鏡的組合所代替，其中 M3和 M4為全反射鏡， M2是具有適當(dāng)透射率的部分透射部分反射鏡 ?這相當(dāng)于兩個(gè)諧振腔的耦合，一個(gè)是由 M M3組成，其腔長(zhǎng)為 L1+L2；另一個(gè)由 M M4組成，其腔長(zhǎng)為 L2+L3，兩個(gè)諧振腔的縱模頻率間隔分別為： c/2?(L1+L2)和c/2?(L2+L3)只有同時(shí)滿足兩個(gè)諧振條件的光才能形成振蕩，故只要 L2+L3足夠小就可以獲得單縱模輸出 圖 43 三反射鏡法 如果用一個(gè)反射干涉儀系統(tǒng)取代諧振腔中的一個(gè)反射鏡 ， 則其組合反射率是光波長(zhǎng) (頻率 )的函數(shù) 。 圖所示的是兩種組合干涉復(fù)合腔的原理圖 。 復(fù)合腔選模 是一個(gè)邁克耳孫干涉儀式復(fù)合腔 ， 它由一個(gè)邁克耳孫干涉儀取代諧振腔的一個(gè)反射鏡構(gòu)成 。 該腔可以看成由兩個(gè)子腔組合而成 ，全 反射 鏡 M 和 M1 組 成一 子腔 ， 腔長(zhǎng) 為 L+l1 ， 諧振頻 率 υ 1i={c/[2(L+ l1)]}qi(設(shè) n=1)。 另一個(gè)子腔由全反鏡 M和 M2組成 ，其腔長(zhǎng)為 L+l2， 諧振頻率為 υ 2j={c/[2(L+ l2)]}qj 。 激光器的諧振頻率必須同時(shí)滿足上面兩個(gè)條件 , 即 {c/[2(L+ l1)]}qi = {c/[2(L+ l2)]}qj , 而且第一個(gè)子腔的光束經(jīng)過 N個(gè)頻率間隔后的頻率正好和第二個(gè)子腔的光束經(jīng)過 N+1個(gè)頻率間隔后的頻率再次相等 。 由此可以得到復(fù)合腔的頻率間隔 : 適當(dāng)選擇 l1及 l2，可以使復(fù)合腔的頻率間隔足夠大，即兩相鄰縱模間隔足夠大，與增益線寬相比擬時(shí)，即可實(shí)現(xiàn)單縱模運(yùn)轉(zhuǎn)。 Δν=c/[2(l1l2)] i1??j2??Δν=c/[2(l1l2)] 圖所示的為一個(gè)?？怂?— 史密斯 (FoxSmith)干涉儀式復(fù)合腔?？梢宰C明，復(fù)合腔的兩相鄰的頻率間隔為 復(fù)合腔選模 )(2 21 llc??? ? 在均勻加寬激光器中，可以采用環(huán)形行波腔獲得單縱模振蕩，其裝置結(jié)構(gòu)如圖所示。 因?yàn)樵谝话愕闹笔街C振腔中，振蕩的光場(chǎng)是駐波場(chǎng)，在波腹處光最強(qiáng)，在波節(jié)處光最弱，形成所謂駐波效應(yīng)，因此造成腔內(nèi)光強(qiáng)分布的空間縱向不均勻性，從而導(dǎo)致粒子數(shù)反轉(zhuǎn)空間不均勻。采用環(huán)形腔結(jié)構(gòu)，并在腔中放置由起偏器、法拉第旋轉(zhuǎn)器 (相當(dāng)于光二極管 )和石英晶體片組成的光學(xué)隔離器，使激光束只能以行波方式單向傳播。 環(huán)形行波腔選縱模、利用 Q開關(guān)選單縱模等（電子態(tài)有一定的壽命屬于均勻加寬，多普勒則是非均勻。 ) 環(huán)形行波腔激光器示意圖 激光單橫模的選取 1. 衍射損耗和菲涅耳數(shù) (1) 由于衍射效應(yīng)形成的光能量損失稱為衍射損耗。 (2)如圖 44所示的球面共焦腔，鏡面上的基橫模高斯光束光強(qiáng)分布可以表示為 圖 44 腔的衍射損耗 (3)單程衍射損耗為射到鏡面外而損耗掉的光功率 ??與射向鏡面的總光功率 ?之比 )2e xp (22)(39。 212210???????? aIdIa??? ??21020 21200 2)2e xp (2)( ??????????? IdIdI ???? ?? ??)2e xp (22)(39。 212210???????? aIdIa??? ? ????????????? 2122e xp???? aD(4)分析衍射損耗時(shí)為了方便，經(jīng)常引入一個(gè)所謂 “ 菲涅爾數(shù) ” 的參量，它定義為 ? ?NLLaND ?????? 2e x p12??????????? 菲涅耳數(shù)越大，單程衍射損耗越小。菲涅耳數(shù)是表征謝諧振腔衍射損耗的特征參量。 2. 衍射損耗曲線 (1) 圖 45給出了圓截面共焦腔和圓截面平行平面腔的 衍射損耗 — 菲涅爾數(shù)曲線。 圖 45 不同腔的衍射損耗曲線 (1) 基本做法是在諧振腔內(nèi)插入一個(gè)適當(dāng)大小的小孔光闌。 (1)聚焦光闌法 ：如圖 46所示，在腔內(nèi)插入一組透鏡組，使光束在腔內(nèi)傳播時(shí)盡量經(jīng)歷較大的空間，以提高輸出功率。 (2)腔內(nèi)加望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)的選橫模方法 ，其結(jié)構(gòu)如圖 47所示。 圖 46 聚焦光闌法 圖 47 腔內(nèi)望遠(yuǎn)鏡法 綜合來看，這種腔有三方面有點(diǎn)：①能充分利用激光工作物質(zhì)，獲得較大功率的基模輸出。②可通過調(diào)節(jié)望遠(yuǎn)鏡的離焦量得到熱穩(wěn)定性很好的激光輸出。③輸出光斑大小適當(dāng)，不至損傷光學(xué)器件。 激光器的穩(wěn)頻 飽和吸收法穩(wěn)頻 )(νA該是激光管中的單程增益 和吸收管中的單程吸收 的差，即 )()()( νAνGνG ??凈)(νA?如圖 414(a)，只有頻率調(diào)到 附近激光才能振蕩。 ?如圖 414(b)，頻率在整個(gè)線寬范圍內(nèi)調(diào)諧均能振蕩。 。 圖 (414) 反轉(zhuǎn)蘭姆凹陷 激光器的穩(wěn)頻 ? 對(duì)共焦腔的 TEM00模來說，諧振頻率的公式可以簡(jiǎn)化為： Lcqν?2??當(dāng) L的變化為 ?L， ?的變化為 ??時(shí)，引起的頻率相對(duì)變化為： )( ???????? LLνν1. 腔長(zhǎng)變化的影響： (1) 溫度變化：一般選用熱膨脹系數(shù)小的材料做為諧振腔的的支架 (2) 機(jī)械振動(dòng)：采取減震措施 2. 折射率變化的影響： (1)內(nèi)腔激光器 : 溫度 T、氣壓 P、濕度 h的變化很小，可以忽略 (2)外腔和半內(nèi)腔激光器 : 腔的一部分處于大氣之中，溫度 T、氣壓 P、濕度 h的 變化較放電管內(nèi)顯著。應(yīng)盡量減小暴露于大氣的部分，同時(shí)還要屏蔽通風(fēng) 以減小 T 、 P、 h的脈動(dòng)。 穩(wěn)頻方法概述 ? 1. 被動(dòng)式穩(wěn)頻 ? 利用熱膨脹系數(shù)低的材料制做諧振腔的間隔器；或用膨脹系數(shù)為負(fù)值的材料和膨脹系數(shù)為正值的材料按一定長(zhǎng)度配合 ? ? 把單頻激光器的頻率與某個(gè)穩(wěn)定的參考頻率相比較，當(dāng)振蕩頻率偏離參考頻率時(shí)，鑒別器就產(chǎn)生一個(gè)正比于偏離量的誤差信號(hào)。 把振蕩頻率鎖定在外界的參考頻率上，例如用分子或原子的吸收線作為參 考頻率，選取的吸收物質(zhì)的吸收頻率必須與激光頻率相重合。如飽和吸收法 . 蘭姆凹陷法穩(wěn)頻 1. 蘭姆凹陷的中心頻率即為譜線的中心頻率 ，在其附近頻率的微小變化將會(huì)引 ? 起輸出功率的顯著變化。這種穩(wěn)頻激光器的基本結(jié)構(gòu)如 圖 48所示 49所示 ? 壓電陶瓷加一直流電壓：使初始頻率為 ? 壓電陶瓷上還需加一頻率為 f(約為 lkHz)、幅度很小 (只有零點(diǎn)幾伏 )的交流訊號(hào)，此訊號(hào)稱為 “ 搜索訊號(hào) ” 圖 48 蘭姆凹陷法穩(wěn)頻激光器的基本結(jié)構(gòu) 圖 49 蘭姆凹陷法穩(wěn)頻方框圖 蘭姆凹陷法穩(wěn)頻 ? 圖 410 穩(wěn)頻原理 410為穩(wěn)頻原理示意圖。 ?假如由于某種原因 (例如溫度升高 )使 L伸長(zhǎng)，引起激光頻率由 偏至 ， 與 的位相正好相反 ?假如由于某種原因 (例如溫度降低 )使 L縮短，引起激光頻率由 偏至 ， 與 的位相正好相同 ?在中心頻率附近 ?0 ，不論是 ?小于 ?0還是大于 ?0 ，其結(jié)果都是使輸出功率 P增加，而且此時(shí) ?P將以頻率 2f變化 4. 注意事項(xiàng) ?第一、激光器的激勵(lì)電源是穩(wěn)壓和