激光技術(shù)之模式選擇(編輯修改稿)
2024-11-21 22:00 本頁面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 橫模的光束遮住一部分，而基模則可順利通過。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。只要小孔光闌的孔徑選擇適當(dāng)，TEM00模和TEM10模滿足(5.23)和(5.24)式，便可選出基模。,2.小孔光闌法選模,圖5.27 小孔光闌選模,圖5.28示出了在共心腔中心處加不同孔徑的光闌對(duì)TEM00模和TEM１0模衍射損耗的影響。曲線上標(biāo)明的Ｎ是反射鏡半徑對(duì)應(yīng)的菲涅耳數(shù)。由圖可知，當(dāng)小孔光闌孔徑r很小時(shí)，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 = 0.3時(shí)，達(dá)到最大(a為圓形反射鏡的半徑)，這時(shí)TEM10模損耗約20%，而基模僅損耗1%，這時(shí)光闌孔徑為最佳。當(dāng) 0.5時(shí)，模式損耗與不加光闌時(shí)基本相同。,,圖5.29示出了在同一個(gè)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。由圖可以看出，對(duì)固體的Ｎ值，δ10/ δ00值對(duì)某一個(gè)光闌孔徑有一個(gè)極大值，利用此孔徑選模最為有利。對(duì)于Ｎ＝2.5 ~ 20的共心腔， 為0.28~0.36更合適。,圖5.29 共心腔δ10 / δ00與光闌孔徑的關(guān)系,圖5.210 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5.210所示是一種腔內(nèi)加有兩個(gè)透鏡的選模腔型示意圖。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。,3.腔內(nèi)插入透鏡選橫模,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5.211所示。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,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),5.3 縱模選擇技術(shù),一.縱模選擇原理,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 623.8 nm，1.15 ? m = 1150 nm，3.39 ?m = 3390
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