試談模式選擇技術(shù)-文庫吧
2025-01-29 21:40 本頁面
【正文】 可以達(dá)到這一目的 。時(shí)即可。為了有效地選擇橫模， 還必須考慮兩個(gè)問題，其二， 橫模選擇除了考慮各橫模衍射損耗的絕對值大小之外，還應(yīng)考慮橫模的鑒別能力 ，即基模與較高橫模的衍射損耗的差別必須足夠大 (即 δ10／ δ00比值大 )，才能有效地把兩個(gè)模區(qū)分開來，以易于實(shí)現(xiàn)選模。圖 各種對稱腔的 δ10/δ00與 N的關(guān)系橫模的鑒別力隨 N的增加而變大，但衍射損耗隨 N的增加而減小 。 N要選擇適當(dāng) (折中一下：一般 )橫模衍射損耗的差別不僅與不同類型的諧振腔結(jié)構(gòu)有關(guān)，而且還與腔的菲涅耳數(shù) N有關(guān)。圖 g因子對稱腔的 δ10／δ00值與菲涅耳數(shù) N的關(guān)系。 g = | 1L/R |N=α2 / (λL)100圖 各種對稱腔的 δ10/δ00與 N的關(guān)系 凹腔的 δ10／ δ00值與 N的關(guān)系。橫模的鑒別力隨 N的增加而變大，但衍射損耗隨 N的增加而減小，所以 N值必須選擇適當(dāng) (), 才能有效地進(jìn)行選橫模。 橫模選擇方法可分為兩類：一類是 改變諧振腔的結(jié)構(gòu)和參數(shù)以獲得各模衍射損耗的較大差別，提高諧振腔的選模性能；另一類是在一定的諧振 腔內(nèi)插入附加的選模元件 來提高選模性能。氣體激光器采用前類方法，固體激光器采用后類方法。二、橫模選擇的方法 圖 δ10／ δ00 比值與菲涅耳數(shù) Ｎ 的關(guān)系。由圖可見，當(dāng) Ｎ 一定 , |g| 參數(shù)小， δ10／ δ00 大，但 δ00和 δ10值也小，這樣要選出基模并抑制高階模，只有靠減小菲涅耳數(shù) Ｎ來提高模損耗值。但是 Ｎ 值太小時(shí)，模體積很小，輸出功率也就很低。對常用的大曲率半徑的雙凹球面穩(wěn)定腔來說 , 選擇菲涅耳數(shù) Ｎ 在 。 g 和 Ｎ 的選擇法適當(dāng)?shù)剡x擇諧振腔參數(shù) Ｒ １ ， R２ ， Ｌ , 使它們運(yùn)轉(zhuǎn)于穩(wěn)定區(qū)邊緣 , 即運(yùn)轉(zhuǎn)于臨界工作狀態(tài)，則有利于選模，因?yàn)楦麟A橫模中最低階模 (TEM00模 )的衍射損耗最小。 以 TEM00模和 TEM01模為例，圖 涅耳數(shù) Ｎ 時(shí)，這兩個(gè)模的單程衍射損耗差與 |g|的變化關(guān)系。圖 在不同 Ｎ 值時(shí)，模衍射損耗 |g|的關(guān)系∣g ∣ =∣1L/R∣ 由圖可見，隨著 | g |值趨于是 1， TEM01模的單程衍射損耗增加的速率比 TEM00模要快得多。常常采用一個(gè)腔鏡為平面鏡 , 另一腔鏡為球面鏡的穩(wěn)定腔，通過使反射鏡間距 L逐漸趨于 R來選模 , 這類諧振腔的模衍射損耗差與 L的關(guān)系 ,也可以由圖 5. 2 4得出。反射鏡的微小失調(diào)使通光孔徑有所減小，將會使腔內(nèi)光束損耗大大增加 , 引起輸出功率下降，甚至發(fā)生不振蕩的現(xiàn)象。 固然 , 采用不同的腔型和參數(shù) g、 N，可以選出基模，然而基模的輸出功率 (或能量 )卻會因腔型的不同和 g、 N參數(shù)的不同而不同 , 因?yàn)榛Ｄｓw積是隨著腔型和 g、 N參數(shù)變化而變化的，故為了獲得大的功率輸出，在設(shè)計(jì)諧振腔時(shí)，還應(yīng)考慮基模模體積的問題。由諧振腔理論分析可知 , 一般穩(wěn)定球面腔之 TEM00模的有效光束半徑 ω(z)沿腔軸 z方向是以雙曲線規(guī)律傳輸?shù)?, 如圖 。其中 ω0為腔內(nèi)最小有效光束半徑 (稱為束腰 )， Δ為束腰位置與原點(diǎn)之距離。若只考慮對稱腔的情況，其表示式為 可以得出如下性質(zhì)：() (1)當(dāng)增大腔鏡的曲率半徑 R時(shí)，最低階模的光束半徑 ω0也隨之增大 , 從而基模體積也隨之增大。 (2)當(dāng)曲率半徑 R一定時(shí)， ω0隨腔長 L變化存在一極大值。將( 6)式對 L微分并令其為零，可得出極大值條件為 L=R，即為半共心腔?！ ∮?(1)可看出，當(dāng)其他條件相同時(shí) , 為增大基模體積， 應(yīng)盡可能選較大的曲率半徑 Ｒ , 這種腔在極限情況下就變成了平行平面腔。由 ( 2 )可看出 , 在腔鏡 Ｒ 已確定的情況下，為獲得盡可 能大的基模體積，應(yīng)適當(dāng)拉長腔長 Ｌ 。圖 TEM00模的有效光束半徑例如：有一腔長 L為 1m的 HeNe激光器，其輸出鏡透過率 T=%。為獲得基模輸出，可以選擇不同的 g、 N參數(shù)。表 ，其中增益 G是按經(jīng)驗(yàn)公式 G=104 L/a算出的 (L為腔長 , a為放電毛細(xì)管半徑 )。共有五組不同 g、 N參數(shù)諧振腔。 腔 號一般 一般① 確切地說，該腔仍屬于一般穩(wěn)定腔，但十分接近平行平面平平 ①表 選基模的有關(guān)參數(shù)表 P 176 采用小孔光闌作為選模元件插入腔內(nèi)是固體激光器中常用的選模方法 , 如圖 。對于共心腔 Ｒ １ ＋ Ｒ ２ ＝ Ｌ , 這種方法尤其有效。由于高階橫模的光腰比基模的大，如果光闌的孔徑選擇得適當(dāng)，就可以將高階橫模的光束遮住一部分，而基模則可順利通過。再由衍射理論可知，腔內(nèi)插入小孔光闌相當(dāng)于減小腔鏡的橫模截面，即減小了腔的菲涅耳數(shù) Ｎ ，因而各階模的衍射損耗加大。只要小孔光闌的孔徑選擇適當(dāng)， TEM00模和 TEM10模滿足()和 ()式，便可選出基模。 圖 小孔光闌選模 圖 不同孔徑的光闌對 TEM00模和 TEM１ 0模衍射損耗的影響。曲線上標(biāo)明的 Ｎ是反射鏡半徑對應(yīng)的菲涅耳數(shù)。由圖可知，當(dāng)小孔光闌孔徑 r很小時(shí)，兩種模式的損耗都很大，二者差別也很小，隨著 r增加 , 兩模式的 (δ10/ δ00)值增加， 在
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