試談模式選擇技術(shù)-全文預(yù)覽
【正文】 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。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 。為此，必須盡量減小腔內(nèi)各元件的吸收、散射等損耗，從而相對增大衍射損耗在總損耗中的比例。 圖 球面腔的兩個最低階橫模的單程衍射損耗曲線。本章分別簡述這兩類模式選擇的原理。 如 : n為折射率， L為腔長 , 因 所以 取微分后 Δν = c/2nL 縱模選擇技術(shù)則是單頻激光運轉(zhuǎn)的必要手段。相鄰橫模的波長差，隨著具體的腔的結(jié)構(gòu)及反射鏡的調(diào)節(jié)不同頗不一致。這截面所產(chǎn)生的部分橫模如圖。橫模階數(shù)越高 , 光強分布就越復(fù)雜且分布范圍越大 , 因而其光束發(fā)散角越大。模式選擇技術(shù)可分為兩大類 : 一類是橫模選擇技術(shù) 。要求對激光諧振腔的模式進(jìn)行選擇。 如圖 的光場強度分布照片。這里只就第一種原因作簡單分析，認(rèn)為在腔內(nèi)光束除與腔軸嚴(yán)格平行外，有那些稍微偏離走 “Z”字形的光束 , 雖經(jīng)多次反射后, 仍未偏出腔外， 能符合 2nLcosθ =kλ 條件 , 因而在某一 θ方向存在著加強干涉的波長 , 設(shè)以 Z代表腔軸方向，垂直 Z的截面為 XY平面。 TEM10代表 m=1， n=0的模，余類推。 經(jīng)過選模之后，輸出功率可能有所降低 , 但由于發(fā)散度的改善，其亮度可提高幾個數(shù)量級 , 橫模選擇技術(shù)是使激光發(fā)散角小 。 縱模個數(shù)取決于激光的增益曲線寬度及相鄰兩個縱模的頻率間隔。 ()閾值條件為 I≥I0 即 I / I0 ≥ 1由此得出 r1r2(1? )2 exp(2GL)≥1 ()下面考察兩個最低階次的橫模 TEM00和 TEM10模的情況， 認(rèn)為激活介質(zhì)對各橫模的增益系數(shù)相同，當(dāng)同時滿足下列兩個不等式： ＞ 1 () ＜ 1 () 諧振腔存在 兩種不同性質(zhì)的損耗 ， 一種是與橫模階數(shù)無關(guān)的損耗 ； 另一種則是與橫模階數(shù)密切相關(guān)的衍射損耗 ，在穩(wěn)定腔中，基模的衍射損耗最小，隨著橫模階數(shù)的增高，其衍射損耗也逐漸增大。考慮到模式間的競爭，選單橫模的條件還可以放寬些，當(dāng)滿足條件 ()其一， 衍射損耗在模的總損耗中必須占有重要地位 ，達(dá)到能與其他非選擇性損耗相比擬的程度。為了有效地選擇橫模， 還必須考慮兩個問題，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 )，才能有效地把兩個模區(qū)分開來，以易于實現(xiàn)選模。 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。二、橫模選擇的方法 圖 δ10／ δ00 比值與菲涅耳數(shù) Ｎ 的關(guān)系。 g 和 Ｎ 的選擇法適當(dāng)?shù)剡x擇諧振腔參數(shù) Ｒ １ ， R２ ， Ｌ , 使它們運轉(zhuǎn)于穩(wěn)定區(qū)邊緣 , 即運轉(zhuǎn)于臨界工作狀態(tài)，則有利于選模，因為各階橫模中最低階模 (TEM00模 )的衍射損耗最小。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。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，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。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 。共有五組不同 g、 N參數(shù)諧振腔。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。由圖可知，當(dāng)小孔光闌孔徑 r很小時，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 = ，達(dá)到最大 (a為圓形反射鏡的半徑 )，這時 TEM10模損耗約20%，而基模僅損耗 1%，這時光闌孔徑為最佳。對于Ｎ ＝ ~ 20的共心腔， 為 ~。光束通過小孔光闌時，光束邊緣部分的高階模因光闌阻擋受到損耗而被抑制掉，既保持了小孔光闌的選模特性，又?jǐn)U大了基模體積，可增大激光輸出的功率。 在腔內(nèi)插入透鏡和光闌選模的基礎(chǔ)上又發(fā)展了一種腔內(nèi)加望遠(yuǎn)鏡的方法，和 “貓眼諧振腔 ”的選模方法（略，自己看書 178179）。如以 Δν0表示增益曲線高于閾值部分的寬度，相鄰縱模的頻率間隔為 Δνq， 則可能同時振蕩的縱模數(shù) 縱模選擇技術(shù)一 .縱模選擇原理△ ν q △ ν 0 對于一般穩(wěn)定腔來說，由衍射理論可知
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