試談模式選擇技術(shù)(參考版)
2025-02-10 21:40本頁面
【正文】 直接觀測法簡單直觀，但鑒別能力不高，是一種粗略的觀測方法。對于中、小功率的紅外激光器，還可以用 變像管或 CCD攝像機觀測橫模。激光的通路上放置一個屏，可看到橫模圖樣 (光斑 )；中等功率的激光采用燒蝕法觀測，用木塊、玻璃、耐火磚等觀測激光燒蝕出的圖形，以鑒別其橫模圖樣。 模式測量方法 不同橫模的光強在橫截面上具有不同的分布狀況。 )(2)利用 Q開關(guān)選單縱模（了解）圖 環(huán)形行波腔激光器示意圖 一臺激光器是否實現(xiàn)了單模 (橫?；蚩v模 )運轉(zhuǎn)，以及運轉(zhuǎn)是否穩(wěn)定，都需要用一種合適的方法觀測進行鑒別。采用環(huán)形腔結(jié)構(gòu)，并在腔中放置由起偏器、法拉第旋轉(zhuǎn)器 (相當(dāng)于 光 二極管 )和石英晶體片組成的光學(xué)隔離器，使激光束只能以行波方式單向傳播。這是由一個棱鏡組成的復(fù)合腔，兩個優(yōu)點：第一，起分光作用的是一個單一的平面，因而避免了一般分光鏡兩個平面帶來的多光束干擾；第二，可將棱鏡放在恒溫槽中，保證 l l2的穩(wěn)定 在均勻加寬激光器中，可以采用環(huán)形行波腔獲得單縱模振蕩，其裝置結(jié)構(gòu)如圖 。 Δν=c/[2(l1l2)] () Δν=c/[2(l1l2)]圖 (b)所示的為一個?？怂?— 史密斯 (FoxSmith)干涉儀式復(fù)合腔。激光器的諧振頻率必須同時滿足上面兩個條件 , 即 {c/[2(L+ l1)]}qi = {c/[2(L+ l2)]}qj , 而且第一個子腔的光束經(jīng)過 N個頻率間隔后的頻率正好和第二個子腔的光束經(jīng)過 N+1個頻率間隔后的頻率再次相等。該腔可以看成由兩個子腔組合而成，全反射鏡 M和 M1組成一子腔，腔長為 L+l1，諧振頻率 υ 1i={c/[2(L+ l1)]}qi(設(shè) n=1)。圖 所示的是兩種組合干涉復(fù)合腔的原理圖。求出第二個標準具的表面平整度為 λ/30， R2=75%， 則標準具厚度 d2=c/(2nΔνm2)=。 Δνt1=35108Hz≈1010Hz，由此可求出標準具之厚度 (設(shè) n=)為d=c/(2n Δνm1)=31011/(2 1010)mm=時，應(yīng)有 Δνt2≤ 2Δνm1。 設(shè)工作物質(zhì)為 Nd:YAG的固體激光器，其熒光線寬Δν0為 21011Hz，諧振腔長 L=850mm，由此可算得縱模間隔 Δνq=c/2nL=108Hz(設(shè) n=1)。 FP標準具選縱模的優(yōu)點在于標準具平行平面板間的厚度可以做得很薄，由于腔長沒有縮短，輸出功率仍可很大。由圖可見 , 處于中心頻率的縱模與標準具最大透過率的 Δνm相一致，故該模損耗最小，即 Q值最大，可以起振，而其余的縱模則由于附加損耗太大， Q值過低而不能形成激光振蕩。因為 所以 此為自由光譜區(qū)。 標準具的厚度 d比諧振腔的長度 L小得多 , 因此它的自由光譜區(qū)比諧振腔的縱模間隔大得多。相鄰兩透過率極大值的間隔為 (類似于前面的 ):上式通常稱為標準具的自由光譜區(qū)。()T(λ)是波長或 φ及 R的函數(shù)圖 法線圖 FP標準具的透過率下圖示出了當(dāng) R取不同值時， T(ν)與 φ的變化曲線。圖 。由于腔長縮短，激光輸出功率必然受到限制。因 Δν0=1500MHz,若要求單縱模振蕩就要求 L=。 ２ .短腔法λHeNe laser: , μ , 即所謂短腔法選縱模?！ ∩⑶环m然能從較寬范圍的譜線中選出較窄的振蕩譜線，實現(xiàn)了單條熒光譜線的振蕩；但這還只是較粗略的選擇， 在該條譜線的熒光線寬范圍內(nèi)，還存在著頻 () 激光振蕩的可能縱模數(shù)主要由工作物質(zhì)的增益線寬 Δν0和諧振腔的縱模間隔 Δνq決定。由此可見，其色散選擇能力比棱鏡更高。對其他各級譜線而言，光柵的角色散率可由 ()式確定，即在入射角一定的前提下，單位波長的反射角的變化。式中， m＝ 1,2…… 為衍射級次。如氬離子激光器兩條強工作譜線 488nm和 擇。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()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，能達到的 Δλ ≈1nm。定義棱鏡的角色散率為 ，即波長每變化。A c cTBCDO圖 棱鏡色散粗選裝置法線 法線α1 = α2 = αφ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） ()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 。(注 : n0=1) ()’圖 。例如 , HeNe激光器，可發(fā)射
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