激光的基本技術(shù)ppt-wenkub
2024-11-22 03 本頁(yè)面
【正文】 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。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。如果我們?cè)龠m當(dāng)?shù)卣{(diào)整?角，就可以使得具有最大透射率的?m正好等于激光器的多個(gè)縱模中的某個(gè)縱模q所對(duì)應(yīng)的頻率?q ，這樣就使得只有縱模q對(duì)標(biāo)準(zhǔn)具有較高的透射率而形成振蕩。,3. 單縱模的選取,(1) 短腔法：,兩相鄰縱模間的頻率差 ，要想得到單一縱模的輸出，只要縮短腔長(zhǎng)，使 的寬度大于增益曲線閾值以上所對(duì)應(yīng)的寬度,缺點(diǎn),(2) 法布里珀羅標(biāo)準(zhǔn)具法：,如圖所示，在外腔激光器的諧振腔內(nèi)，沿幾乎垂直于腔軸方向插入一個(gè)法布里－珀羅標(biāo)準(zhǔn)具,圖(42) 法布里珀羅標(biāo)準(zhǔn)具法示意圖,由于多光束干涉的結(jié)果，對(duì)于滿(mǎn)足下列條件的光具有極高的透射率,能獲得最大透射率的兩個(gè)相鄰的頻率間隔為：,諧振腔的縱模頻率間隔為：,腔內(nèi)插入FP標(biāo)準(zhǔn)具法： 調(diào)整FP標(biāo)準(zhǔn)具的參數(shù)，使得在增益線寬范圍內(nèi)，只有一個(gè)透射峰，同時(shí)在一個(gè)透射峰譜線寬度范圍內(nèi)只有一個(gè)模式起振，則可以實(shí)現(xiàn)單縱模工作。,圖41 均勻增寬型譜線縱模競(jìng)爭(zhēng),(3)若此時(shí)的光強(qiáng)為Iq，則有 ，于是振蕩達(dá)到穩(wěn)定，使激光器的內(nèi)部只剩下q縱模的振蕩。同時(shí)，也可以引入人為的損耗差。,4.1 激光器輸出的選模,選模技術(shù)選頻技術(shù) 利用選模技術(shù)獲得單模單頻激光輸出 激光縱模選取提高激光的相干性 激光橫模選取提高激光亮度,橫模的選擇：在穩(wěn)定腔中，基模的衍射損耗最小，隨著橫模階次的增高，衍射損耗將迅速增加。 含有多縱模及多橫模的激光器單色性差。激光的基本技術(shù),（1）選模技術(shù) （2）穩(wěn)頻技術(shù) （3）光束變換技術(shù)（聚焦、準(zhǔn)直、擴(kuò)束） （4）激光調(diào)制技術(shù) （5）激光偏轉(zhuǎn),激光的優(yōu)點(diǎn)在于它具有良好的單色性、方向性和亮度高。 在激光準(zhǔn)直、激光加工、非線性光學(xué)、激光測(cè)距等領(lǐng)域都需要基橫模激光束。諧振腔中不同的橫模具有不同的衍射損耗是橫模選擇的物理基礎(chǔ)。,4.1.1 激光單縱模的選取,1. 均勻增寬型譜線的縱模競(jìng)爭(zhēng),(1) 當(dāng)強(qiáng)度很大的光通過(guò)均勻增寬型介質(zhì)時(shí)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布值下降，增益系數(shù)相應(yīng)下降，但光譜的線型并不改變。這種現(xiàn)象叫做“縱模的競(jìng)爭(zhēng)”，競(jìng)爭(zhēng)的結(jié)果總是最靠近譜線中心頻率的那個(gè)縱模被保持下來(lái)。 即選模條件為： 1. 選擇合適的標(biāo)準(zhǔn)具光學(xué)長(zhǎng)度，使標(biāo)準(zhǔn)具的自由光譜范圍與激光器的增益線寬相當(dāng)。,(3) 三反射鏡法：,如圖所示，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。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。,(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。,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。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。所以平行平面腔有較大的基模體積。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。 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。,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。故欲抑制高階橫模，可在諧
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