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行選模 ， 光闌放在透鏡的焦點上 。 這樣光束在腔內(nèi)傳播時可經(jīng)歷較大的空間 。 圖 意圖 。 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 。 這種方法雖然擴大了基模模體積，但附加了兩個透鏡而增加了腔的插入損耗，并給調(diào)整帶來困難。 為了簡化系統(tǒng)并減小損耗，可用一個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，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)，只要有幾個縱模同時達(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 , 其振蕩頻譜結(jié)構(gòu)才較簡單，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：激光器中某一個縱模能否起振和維持振蕩主要取決于這一個縱模的增益與損耗值的相對大小。對于同一個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)射多條不同波長的激光譜線，那么，在縱模選擇之前，必須將頻率進行粗選 , 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 (只對某個波段反射率大 )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。 (注 : n0=1) ()’ 圖 。諧振腔所能選擇振蕩的最小波長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波長變化的導(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)激光波長所能允許的最小波長分離范圍為 ???? ??ddnnddndndD2222sin1sin2???() 色散率的倒數(shù)為單位偏向角波長的變化量 例如：用玻璃材料制成的棱鏡和可見光波段來說 ， 在θ≈1mrad時 ， 能達(dá)到的 Δλ ≈1nm。 這種棱鏡色散法對一些激光器進行選擇振蕩是十分有效的 。 如氬離子激光器兩條強工作譜線 488nm和 擇 。 另一種色散腔是用一個反射光柵代替諧振腔的一個反射鏡，如圖 。 式中， m＝ 1,2…… 為衍射級次。 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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