激光的基本技術(shù)ppt-文庫(kù)吧
2025-11-08 03:44 本頁(yè)面
【正文】 a為總損耗系數(shù)，它可表示為： a=δi+δm+δd 其中δi為激光束通過(guò)增益介質(zhì)產(chǎn)生的損耗；δm為激光束在諧振腔鏡面上由于透射、散射和吸收等因素而產(chǎn)生的損耗；δd為激光在諧振腔中因衍射而產(chǎn)生的損耗。則有 G＞δi+δm+δd 選橫模的實(shí)質(zhì)是使需要的橫模（一般為基模TEM00）滿(mǎn)足上式產(chǎn)生振蕩，而使不需要的橫模（一般為高階模）不滿(mǎn)足上式而被抑制，從而達(dá)到濾去高階模的目的。由于上式中的G、δi、δm對(duì)不同橫模來(lái)說(shuō)是相同的，因而滿(mǎn)足振蕩閾值條件主要由衍射損耗δd來(lái)決定。為了達(dá)到上述目的，應(yīng)當(dāng)盡量減小δi和δm，或相對(duì)增長(zhǎng)δd，使得腔的總損耗a中衍射損耗δd能起決定作用，因而有利于選模。,橫模選擇常遵循的原則是： ①必須盡量增大高階橫模與基模的衍射損耗比（差異），即盡量增大比值δ10／δ00。使高階橫模相對(duì)基模而言更易于抑制而難于起振； ②必須盡量減小內(nèi)部損耗δi及鏡面上的損耗δm，而相對(duì)增大衍射損耗δd在總損耗a中的比例。,一. 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(chēng)為衍射損耗。,(2)如圖所示的球面共焦腔，鏡面上的基橫模高斯光束光強(qiáng)分布可以表示為,(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：,圖44 腔的衍射損耗,(4)分析衍射損耗時(shí)為了方便，經(jīng)常引入?yún)⒘俊胺颇鶢枖?shù)”，它定義為 ：,單程衍射損耗表示為：,,對(duì)于共焦腔的基橫模來(lái)說(shuō)，衍射損耗只與菲涅耳數(shù)N有關(guān)，N越大則衍射損耗越小。菲涅耳數(shù)是表征諧振腔衍射損耗的一個(gè)特征參數(shù)。,二. 衍射損耗曲線,1. 衍射損耗與菲涅耳數(shù)N的關(guān)系一般是比較復(fù)雜的，往往寫(xiě)不出解析的表達(dá)式而需要用計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)字計(jì)算。因此，通常都是將計(jì)數(shù)結(jié)果畫(huà)成曲線，這就是所謂的衍射損耗曲線。,圖畫(huà)出了圓截面共焦腔和圓截面平行平面腔的 曲線，,1．N越大則 越?。?2．在同樣的N下，橫模序數(shù)越高則 越大； 3. 在同樣的N和同樣的橫模序數(shù)下，共焦腔的 比平行平面腔的 小得多，這是由于凹面鏡的會(huì)聚作用使光能更集中于中心處的緣故。,圖中畫(huà)出了對(duì)稱(chēng)腔TEM00模的單程衍射損耗隨菲涅耳數(shù)的變化。,在相同的N下，越接近于共焦腔(g＝0)衍射損耗越小。,基模體積問(wèn)題 某一模式的模體積用來(lái)描述該模式在腔內(nèi)所擴(kuò)展的空間范圍。模體積大，對(duì)該模式的振蕩起作用的激發(fā)態(tài)粒子數(shù)就多，因而，輸出功率大。反之，模體積小，輸出功率就小。 基模體積是隨腔型和g、N參數(shù)變化而變化的。 g=1L/R 腔的結(jié)構(gòu)參數(shù)； N 菲涅爾數(shù),由諧振腔理論分析可知，當(dāng)考慮對(duì)稱(chēng)腔情況時(shí)（R1＝R2），基模（TEM00）高斯光束的束腰W0可表示為： 具有如下性質(zhì)： ①當(dāng)增大腔鏡曲率半徑R時(shí)，基模束腰W0亦隨之增大，從而基模體積亦隨之增大。所以平行平面腔有較大的基模體積。 ②當(dāng)R為一定值時(shí)，W0隨腔L變化存在一極大值，可得出極大值條件為L(zhǎng)＝R（共焦腔）。 以上性質(zhì)在選模技術(shù)中具有實(shí)用意義。 此外，橫模選擇也是單頻激光器所要求的必要條件。只有在單橫模的基礎(chǔ)上選出單縱模才能獲得激光的單頻振蕩。,（1）腔型及參數(shù)g、N的選擇 諧振腔的橫模選擇是以腔內(nèi)不同橫模具有不同的衍射損耗為根據(jù)的。而不同的諧振腔類(lèi)型及不同的腔參數(shù)，其衍射損耗又各不相同。 通常在設(shè)計(jì)諧振腔時(shí)，適當(dāng)選擇腔類(lèi)型和腔參數(shù)g、N就可以獲得基模輸出。 共焦腔（g=0）比值δ10／δ00最大，這似乎有利于選模，然而共焦腔的基模損耗δ00以及TEM10模的損耗δ10都太小了。為了抑制高階模，就必須減小腔的非涅爾數(shù)N。N值減小，基模體積變小，使輸出功率下降。 若采用平行平面腔，雖比值δ10／δ00不大，但δ00及δ10都較大，容許選擇較大的N值，其TEM10模仍可處于不能振蕩的抑制狀態(tài)下，由于它們的基模體積較大，一旦實(shí)現(xiàn)單橫模振蕩，其輸出功率就可能很高。,三. 激光單橫模選擇方法,（2）光闌法選模 目前光闌法選模最為普遍，也十分簡(jiǎn)單，只需在諧振腔中插入一個(gè)適當(dāng)大小的小孔光闌，便可抑制高階橫模而獲得基模輸出
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