試談模式選擇技術(shù)-wenkub
2023-02-27 21:40:28 本頁面
【正文】 0 TEM40 TEM50 TEM21 TEM22 TEM01 TEM02 TEM03 TEM00 TEM10 TEM20 圖 不同橫模的光場強(qiáng)度反之，基模 (TEM00) 的光強(qiáng)分布圖案呈圓形且分布范圍很小 , 其光束發(fā)散角最小 , 功率密度最大，因此亮度也最高，徑向強(qiáng)度分布是均勻的。 另一類是縱模選擇技術(shù)。第二章 模式選擇技術(shù) 概 述 要求激光方向性或單色性很好。 從激光原理可知 , 所謂橫模 , 就是指在諧振腔的橫截面內(nèi)激光光場的分布。橫模雖容易觀察，但其產(chǎn)生原因較復(fù)雜，比如： 不在軸上光束的加強(qiáng)干涉，工作物質(zhì)的色散、散射效應(yīng)及腔內(nèi)光束的衍射效應(yīng)等等，都對橫模有影響 。以軸為基準(zhǔn) , TEM00代表單?；蛎?。由應(yīng)用光學(xué)可知 , 其光斑直徑 d=fθ ( f為透鏡焦距， θ為光束發(fā)散角 )。對于一般腔長的激光器 , 往往同時產(chǎn)生幾個甚至幾百個縱模振蕩 。設(shè)諧振腔兩端反射鏡的反射率分別為 r r2，單程損耗為 δ， 單程增益系數(shù)為 G， 激光工作物質(zhì)長度為 L， 則初始光強(qiáng)為 I0的某個橫模 (TEMmn)的光在諧振腔內(nèi)經(jīng)過一次往返后，由于增益和損耗兩種因素的影響，其光強(qiáng)變?yōu)?: 一 .橫模選擇原理激光器即可實(shí)現(xiàn)單橫模 (TEM00)運(yùn)轉(zhuǎn) 。 諧振腔對不同階橫模有不同衍射損耗的性能是實(shí)現(xiàn)橫模選擇的物理基礎(chǔ) ，| g | = | 1L/R |圖 不同構(gòu)形對稱諧振腔的衍射損耗隨 N的變化N=α2 / (λL) ， (a) TEM00模 N=α2 / (λL) ， (b) TEM10模100而適當(dāng)選擇菲涅耳數(shù) N值，使之滿足 ()和 () 式，則可以實(shí)現(xiàn)單橫模選擇的目的。時即可。圖 g因子對稱腔的 δ10／δ00值與菲涅耳數(shù) N的關(guān)系。氣體激光器采用前類方法，固體激光器采用后類方法。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 。常常采用一個腔鏡為平面鏡 , 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。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。 由 (1)可看出，當(dāng)其他條件相同時 , 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。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 )。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。曲線上標(biāo)明的 Ｎ是反射鏡半徑對應(yīng)的菲涅耳數(shù)。由圖可以看出，對固體的 Ｎ 值，δ10/ δ00值對某一個光闌孔徑有一個極大值，利用此孔徑選模最為有利。圖 意圖。但要求凹面反射鏡的曲率中心與透鏡的焦點(diǎn)重合。（ 一般了解 ）LR2 R1激光器的振蕩頻率范圍是由工作物質(zhì)的增益譜線的寬度決定的，而產(chǎn)生多縱模振蕩數(shù)則是由增益線寬和諧振腔兩相鄰縱模的頻率間隔決定的，即在增益線寬內(nèi)，只要有幾個縱模同時達(dá)到振蕩閾值，一般都能形成振蕩。最終形成并得到放大的是增益最大的中心頻率所對應(yīng)的單縱模。(注 : n0=1) ()’圖 。定義棱鏡的角色散率為 ，即波長每變化。如氬離子激光器兩條強(qiáng)工作譜線 488nm和 擇。對其他各級譜線而言，光柵的角色散率可由 ()式確定，即在入射角一定的前提下，單位波長的反射角的變化?！ ∩⑶环m然能從較寬范圍的譜線中選出較窄的振蕩譜線，實(shí)現(xiàn)了單條熒光譜線的振蕩；但這還只是較粗略的選擇， 在該條譜線的熒光線寬范圍內(nèi)，還存在著頻 () 激光振蕩的可能縱模數(shù)主要由工作物質(zhì)的增益線寬 Δν0和諧振腔的縱模間隔 Δνq決定。因 Δν0=1500MHz,若要求單縱模振蕩就要求 L=。圖 。相鄰兩透過率極大值的間隔為 (類似于前面的 ):上式通常稱為標(biāo)準(zhǔn)具的自由光譜區(qū)。因?yàn)? 所以 此為自由光譜區(qū)。 FP標(biāo)準(zhǔn)具選縱模的優(yōu)點(diǎn)在于標(biāo)準(zhǔn)具平行平面板間的厚度可以做得很薄，由于腔長沒有縮短，輸出功率仍可很大。 Δνt1=35108Hz≈1010Hz，由此可求出標(biāo)準(zhǔn)具之厚度 (設(shè) n=)為d=c/(2n Δνm1)=31011/(2 1010)mm=時，應(yīng)有 Δνt2≤ 2Δνm1。圖 所示的是兩種組合干涉復(fù)合腔的原理圖。激光器的諧振頻率必須同時滿足上面兩個條件 , 即 {c/[2(L+ l1)]}qi = {c/[2(L+ l2)]}qj , 而且第一個子腔的光束經(jīng)過 N個頻率間隔后的頻率正好和第二個子腔的光束經(jīng)過 N+1個頻率間隔后的頻率再次相等。這是由一個棱鏡組成的復(fù)合腔，兩個優(yōu)點(diǎn)：第一，起分光作用的是一個單一的平面，因而避免了一般分光鏡兩個平面帶來的多光束干擾；第二，可將棱鏡放在恒溫槽中，保證 l l2的穩(wěn)定 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 。 )(2)利用 Q開關(guān)選單縱模（了解）圖 環(huán)形行波腔激光器示意
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