試談模式選擇技術(shù)-文庫吧在線文庫
【正文】 δ10／δ00值與菲涅耳數(shù) N的關(guān)系。 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。對于一般腔長的激光器 , 往往同時(shí)產(chǎn)生幾個(gè)甚至幾百個(gè)縱模振蕩 。以軸為基準(zhǔn) , TEM00代表單模或名基模 。 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。 另一類是縱模選擇技術(shù)。標(biāo)記 TEMmn中 TEM代表電磁橫波 ，圖上的標(biāo)記符號，是從微波技術(shù)上接過來的， m代表 x方向上的波節(jié)數(shù) , n代表 y方向上波節(jié)數(shù)。 所謂縱模 , 就是指沿諧振腔軸線方向上的激光光場分布 。由圖可見， 在菲涅耳數(shù) N值相同的情況下 , 對稱穩(wěn)定腔的衍射損耗隨 |g|的減小而降低。 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)。但是 Ｎ 值太小時(shí)，模體積很小，輸出功率也就很低。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 。為獲得基模輸出，可以選擇不同的 g、 N參數(shù)。 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。這樣光束在腔內(nèi)傳播時(shí)可經(jīng)歷較大的空間。它的特點(diǎn)是存在著固有的光線發(fā)散損耗，傍軸光線在腔鏡面上經(jīng)歷相繼的反射時(shí)，每次都向外偏折，離開腔軸線越來越遠(yuǎn)，以致最后逸出腔外，所以這種腔又稱為高損耗腔。二 .縱模選擇的方法 , (色散腔粗選頻率、短腔法、標(biāo)準(zhǔn)具法、復(fù)合腔法等 )λHeNe laser: , μ , 通常是利用腔鏡反射膜的光譜特性 (只對某個(gè)波段反射率大 )或在腔內(nèi)插入棱鏡或光柵等色散元件，將工作物質(zhì)發(fā)出的不同波長的光束在空間分離，然后設(shè)法，僅使較窄波長區(qū)域內(nèi)的光束在腔內(nèi)形成振蕩。 這種棱鏡色散法對一些激光器進(jìn)行選擇振蕩是十分有效的。由于光柵法不存在光束的透過損耗，因此可適用于較寬廣的光譜區(qū)域的激光器。因此在大功率單縱模輸出的場合，此法不適用。也可用頻率表示之。為選出單縱模，要求標(biāo)準(zhǔn)具有足夠窄的帶寬，令 Δνt1=2Δνq， 即Δνt1=108Hz，設(shè)標(biāo)準(zhǔn)具之表面平整度為 λ/100, 反射率 R=94%, 則 Fp=m/2=100/2=50， , 由公式(Fr是由標(biāo)準(zhǔn)具反射率決定的精細(xì)度， Fp是由標(biāo)準(zhǔn)具的平整度 m決定的精細(xì)度 )可算出 F=35，此標(biāo)準(zhǔn)F=35具的自由光譜區(qū)Δνm1=F另一個(gè)子腔由全反鏡 M和 M2組成，其腔長為 L+l2，諧振頻率為 υ 2j={c/[2(L+ l2)]}qj 。(1)環(huán)形行波腔選縱模（電子態(tài)有一定的壽命屬于均勻加寬，多普勒則是非均勻。變像管的結(jié)構(gòu)如圖 ，它由光電陰極、控制柵極、陽極及熒光屏組成。對于連續(xù)的可見光波段的中、小功率激光器，這種方法比較適用?？梢宰C明，復(fù)合腔的兩相鄰的頻率間隔為 (自己看 )圖 復(fù)合腔選模() 有一種類似于?？怂?— 史密斯型的復(fù)合腔，如圖 9所示。 如果用一個(gè)反射干涉儀系統(tǒng)取代諧振腔中的一個(gè)反射鏡，則其組合反射率是光波長 (頻率 )的函數(shù)。調(diào)節(jié)標(biāo)準(zhǔn)具的傾斜角以改變 α， 即可使 Δνm與不同縱模頻率重合，以獲得不同頻率的單縱模激光輸出。由圖可以看出，標(biāo)準(zhǔn)具有反射率 R越大，則透射曲線越窄，選擇性就越好。如 HeNe激光器，當(dāng) L=1m時(shí)，其縱模間隔 =150MHz(設(shè) n=1)。設(shè) d為光柵柵距 (光柵常數(shù) )， α1為光線在光柵上的入射角， α2為光線在光柵上的反射角，則形成光柵衍射主極大值的條件是()()由 ()式可見，當(dāng)入射角相同時(shí)，不同波長的的 0級譜線 (m=0)相互重合而沒有色散分光作用。 根據(jù)物理光學(xué)折射定理，有 (設(shè)折射角為 c):(注 : n0=1)式中 ,α為入射角 ,n為析射率； β為棱鏡的頂角； Φ為偏向角。對于同一個(gè)橫模的不同縱模而言，其損耗是相同的，但是不同縱模間卻存在著增益差異，因此，利用不同縱模之間的增益差異， 在腔內(nèi)引入一定的選擇性損耗，使欲選的縱模損耗最小 ，而其余縱模的附加損耗較大，只有中心頻率附近的少數(shù)增益大的縱模建立起振蕩。 為了簡化系統(tǒng)并減小損耗，可用一個(gè)凹面反射鏡取代右邊的透鏡和平面反射鏡，如圖 。 圖 射損耗與光闌孔徑的關(guān)系δ %圖 ?（ %）圖 諧振腔中兩個(gè)最低階模衍射損耗比值 (δ10 / δ00)與菲涅耳數(shù) Ｎ 的關(guān)系。對于共心腔 Ｒ １ ＋ Ｒ ２ ＝ Ｌ , 這種方法尤其有效。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。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。 橫模選擇方法可分為兩類：一類是 改變諧振腔
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