激光的基本技術(shù)ppt(編輯修改稿)
2024-11-22 03:44 本頁面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 。此法具有以下幾種不同形式：,①小孔光闌選模 由于基模具有最小的光斑尺寸，而其它高階模的光斑尺寸則依次變大。所以對(duì)氣體激光器，可采用選擇放電管的毛細(xì)管直徑的大小，來限制激活介質(zhì)的橫截面積，達(dá)到選模的目的。但對(duì)大多數(shù)固體激光器而言，激活介質(zhì)的直徑不可能做得太細(xì)。故欲抑制高階橫模，可在諧振腔中放置一個(gè)適當(dāng)大小的小孔光闌，其孔徑大小恰好阻止其余高階橫模而讓TEM00模順利通過。插入小孔光闌相當(dāng)于減小腔鏡的橫截面積，即減小了諧振腔的菲涅爾數(shù)N，使δ00及δ10都有所增大，從而選出基模。 小孔光闌半徑應(yīng)與基模光束的光斑尺寸W(z)大致相等。即： r0=W(z) 由此可見，光闌放在腔內(nèi)不同位置時(shí)，其光闌半徑的大小r0是不同的。 實(shí)驗(yàn)時(shí)，只需在激光器內(nèi)插入一個(gè)光闌，逐步減小光闌的孔徑，就可以使光束的模式轉(zhuǎn)變到基模輸出。,②聚焦光闌法 小孔光闌法具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、調(diào)整方便等優(yōu)點(diǎn)。但由于光闌較小，使基模體積變小，使輸出功率下降較大。所以此法僅適用于增益較低的氣體激光器。為了擴(kuò)大基模體積，通常在諧振腔中安置透鏡進(jìn)行選模，如圖所示。其原理是使腔內(nèi)平行光束聚焦，再在焦點(diǎn)處插入一個(gè)小孔光闌，使得只有沿軸向行進(jìn)的平行光束才能通過小孔往返振蕩，而其它方向上的光束被小孔光闌所阻截。這種選模方法，擴(kuò)大了激活介質(zhì)的基模體積，從而提高了激活晶體的利用率，增大了激光輸出功率（或能量）。 此法雖擴(kuò)大了基模體積，但由于使用了二個(gè)透鏡，增加了腔內(nèi)損耗，而且調(diào)整困難。腔內(nèi)存在聚焦光束，使光闌處的光功率密度過高，易使光闌燒壞，因此光闌材料須選用高熔點(diǎn)金屬或藍(lán)寶石一類特殊材料。故不適用大功率、大能量激光器件。,圖46 聚焦光闌法,③腔內(nèi)望遠(yuǎn)鏡法 ④貓眼”諧振腔 將聚焦光闌裝置再作改進(jìn)，即將平面鏡移到焦點(diǎn)處貼近光闌，在透鏡處放置另一個(gè)較大的光闌，此稱為“貓眼”腔。 它具有高選模性、模體積大、腔長(zhǎng)短、結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)點(diǎn)。但腔鏡處于焦點(diǎn)位置，要求鏡面能耐受強(qiáng)光照射。,圖47 腔內(nèi)望遠(yuǎn)鏡法,（3）其它選模方法。 ①棱鏡選模方法。選模原理是基于臨界角附近光束的反射率隨入射角的變化而迅速變化。棱鏡可如此放置：使之對(duì)于軸向附近很窄的范圍（≈1）內(nèi)的光線有高的反射率，入射光束，以臨界角θc入射到面上，再經(jīng)面全反射回來。凡偏離θc的光束，其反射率不高。于是作為高階橫模（其發(fā)散角較大）被濾掉，從而選現(xiàn)基模。 ②飽和吸收染料選模。因TEM00模的功率密度高，在染料中很容易飽和而使染料變得透明。但高階橫模其功率密度低，不易“漂白”染料，兩者的損耗具有較大的差異，從而達(dá)到選基模的目的。 ③調(diào)節(jié)腔鏡選模。光學(xué)諧振腔的反射鏡主光軸與激活介質(zhì)的軸線重合時(shí)，不同橫模的衍射損耗都較小，當(dāng)鏡軸與腔軸偏離時(shí)，則不同橫模的衍射損耗都會(huì)相應(yīng)增加。因高階橫模損耗大，受到影響較大。而基橫模損耗小，受到影響小，容易獲得基模輸出，但輸出功率會(huì)因此而下降。,四.高階橫模的抑制,一般說來，抑制高階橫模需要兩方面的條件：一方面是要求基橫模光束的衍射損耗小，使得基橫模不僅滿足振蕩的閾值條件，而且有較大的功率輸出；另一方面是要求高階橫模的衍射損耗足夠大。兩種常用的抑制高階橫模的方法如下。,1．調(diào)節(jié)反射鏡,2．腔內(nèi)加光闌：高階橫模的光束截面比基橫模大，故減小增益介質(zhì)的有效孔徑a，從而減小菲涅耳數(shù)N，就可以大大增加高階橫模的衍射損耗，以致將它們完全抑制掉。最簡(jiǎn)單的辦法就是在腔內(nèi)靠近反射鏡的地方放置一個(gè)光闌（用于增益較低的氣體激光器），如圖所示。,4.2 激光器的穩(wěn)頻,穩(wěn)定度是指激光器在一次連續(xù)工作時(shí)間內(nèi)的頻率漂移與振蕩頻率之比：,復(fù)現(xiàn)性是激光器在不同地點(diǎn)、時(shí)間、環(huán)境下使用時(shí)頻率的相對(duì)變化量：,4.2.1 影響頻率穩(wěn)定的因素,1. 腔長(zhǎng)變化的影響,對(duì)共焦腔的TEM00模來說，諧振頻率的公式可以簡(jiǎn)化為：,當(dāng)L的變化為?L，?的變化為??時(shí)，引起的頻率相對(duì)變化為：,(1) 溫度變化：一般選用熱膨脹系數(shù)小的材料做為諧振腔的的支架,(2) 機(jī)械振動(dòng)：采取減震措施,2. 折射率變化的影響,(1)內(nèi)腔激光器: 溫度T、氣壓P、濕度h的變化很小，可以忽略,(
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