模式選擇技術(shù)(編輯修改稿)
2024-10-27 15:55 本頁面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 ＝ ~ 20的共心腔， 為 ~。 Lra?圖 共心腔 δ10 / δ00與光闌孔徑的關(guān)系 圖 聚焦光闌法選模 這種方法是在諧振腔內(nèi)插入透鏡或透鏡組配合小孔光闌進(jìn)行選模 ， 光闌放在透鏡的焦點(diǎn)上 。 這樣光束在腔內(nèi)傳播時(shí)可經(jīng)歷較大的空間 。 圖 意圖 。 光束通過小孔光闌時(shí) ， 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 。 這種方法雖然擴(kuò)大了基模模體積，但附加了兩個(gè)透鏡而增加了腔的插入損耗，并給調(diào)整帶來困難。 為了簡(jiǎn)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 。但要求凹面反射鏡的曲率中心與透鏡的焦點(diǎn)重合。 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）。 從激光原理得知，凡是滿足非穩(wěn)定條件 g1g21或g1g20的球面諧振腔稱之為非穩(wěn)腔（ gn = 1L/Rn）。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。 （ 一般了解 ） L R2 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(gè)縱模同時(shí)達(dá)到振蕩閾值，一般都能形 成振蕩。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(shí)振蕩的縱模數(shù) qn ????? 0 縱模選擇技術(shù) 一 .縱模選擇原理 △ ν q △ ν 0 對(duì)于一般穩(wěn)定腔來說，由衍射理論可知，不同的橫模 (TEMmm)具有不同的諧振頻率數(shù) ,故參與振蕩的橫模數(shù)越多，總的振蕩頻譜結(jié)構(gòu)就越復(fù)雜； 當(dāng)腔內(nèi)只存在單橫模 (TEM00)振蕩時(shí) , 其振蕩頻譜結(jié)構(gòu)才較簡(jiǎn)單，為一系列分立的振蕩頻率，其間隔為 Δν=c/2nL。 縱模選擇的基本思想：激光器中某一個(gè)縱模能否起振和維持振蕩主要取決于這一個(gè)縱模的增益與損耗值的相對(duì)大小。對(duì)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。最終形成并得到放大的是增益最大的中心頻率所對(duì)應(yīng)的單縱模。 如果激光工作物質(zhì)具有發(fā)射多條不同波長(zhǎng)的激光譜線，那么，在縱模選擇之前，必須將頻率進(jìn)行粗選 , 將不需要的譜線抑制掉。例如 , HeNe激光器，可發(fā)射 nm， ? m = 1150 nm， ?m = 3390 nm三條譜線。 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 ) λ HeNe laser: , μ , 通常是利用腔鏡反射膜的光譜特性 (只對(duì)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(zhǎng)的光束在空間分離，然后設(shè)法，僅使較窄波長(zhǎng)區(qū)域內(nèi)的光束在腔內(nèi)形成振蕩。 (注 : n0=1) ()’ 圖 。諧振腔所能選擇振蕩的最小波長(zhǎng)范圍由棱鏡的角色散和腔內(nèi)振蕩光束的發(fā)散角決定。 A c c T B C D O 圖 棱鏡色散粗選裝置 法線 法線 α1 = α2 = α φ ?? ? ?? )si na r c si n (2 2n因 2c+T=1800, 又 β+T=1800 所以 c= β/2 由四邊形 ABCD知 T+2 α+(180 Φ)=360 由四邊形 ABCO知 β+T=1800 上兩式聯(lián)立得 : α= (Φ + β)/2,所以 (由折射定律，見上面公式） 22 si n/)si n (??? ??n() 設(shè)光線進(jìn)入棱鏡的入射角 α1與光線離開棱鏡的出射角 α2相等，即α1 =α2= α 。 根據(jù)物理光學(xué)折射定理，有 (設(shè)折射角為 c): ns i ns i n0??(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。定義棱鏡的角色散率為 ，即波長(zhǎng)每變化。將 ()式求導(dǎo)后代入，得 ??? ddD ???????? ???? ?ddnnD )(s i n2sin12222() 式中， dn/dλ表示不同材料的析射率對(duì)波長(zhǎng)變化的導(dǎo)數(shù)。設(shè)腔內(nèi)之光束所允許的發(fā)散角為 θ， 則由于色散棱鏡的分光作用，腔內(nèi)激光波長(zhǎng)所能允許的最小波長(zhǎng)分離范圍為 ???? ??ddnnddndndD2222sin1sin2???() 色散率的倒數(shù)為單位偏向角波長(zhǎng)的變化量 例如：用玻璃材料制成的棱鏡和可見光波段來說 ， 在θ≈1mrad時(shí) ， 能達(dá)到的 Δλ ≈1nm。 這種棱鏡色散法對(duì)一些激光器進(jìn)行選擇振蕩是十分有效的 。 如氬離子激光器兩條強(qiáng)工作譜線 488nm和 擇 。 另一種色散腔是用一個(gè)反射光柵代替諧振腔的一個(gè)反射鏡，如圖 。 式中， m＝ 1,2…… 為衍射級(jí)次。 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 ?maad ??? )s i n( s i n 21() ?aD t a n20 ?() 由 ()
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