激光技術(shù)之模式選擇-文庫(kù)吧資料
2025-05-06 01:58本頁(yè)面
【正文】 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(jiàn)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(kāi)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 nm， ? m = 1150 nm， ?m = 3390 nm三條譜線。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。 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。 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。 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 。 光束通過(guò)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 。 這樣光束在腔內(nèi)傳播時(shí)可經(jīng)歷較大的空間 。對(duì)于Ｎ ＝ ~ 20的共心腔， 為 ~。 Lra?圖 射損耗與光闌孔徑的關(guān)系 δ % Lra?Lra?圖 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 = ， 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 。 圖 小孔光闌選模 圖 不同孔徑的光闌對(duì) TEM00模和 TEM１ 0模衍射損耗的影響 。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。對(duì)于共心腔 Ｒ １ ＋ Ｒ ２ ＝ Ｌ , 這種方法尤其有效。 圖 在不同 Ｎ 值時(shí)，模衍射損耗 |g|的關(guān)系 ∣g ∣ =∣1 L/R∣ 以 TEM00模和 TEM01模為例，圖 Ｎ時(shí)，這兩個(gè)模的單程衍射損耗差與 |g|的變化關(guān)系。對(duì)常用的大曲率半徑的雙凹球面穩(wěn)定腔來(lái)說(shuō) , 選擇菲涅耳數(shù) Ｎ 在 。由圖可見(jiàn)，當(dāng) Ｎ 一定 , |g| 參數(shù)小， δ10／ δ00 大，但 δ00和 δ10值也小，這樣要選出基模并抑制高階模，只有靠減小菲涅耳數(shù) Ｎ 來(lái)提高模損耗值。氣體激光器采用前類方法，固體激光器采用后類方法。橫模的鑒別力隨 N的增加而變大，但衍射損耗隨 N的增加而減小，所以 N值必須選擇適當(dāng) (), 才能有效地進(jìn)行選橫模。圖 g因子對(duì)稱腔的 δ10／δ00值與菲涅耳數(shù) N的關(guān)系。 圖 各種對(duì)稱腔的 δ10/δ00與 N的關(guān)系 橫模的鑒別力隨 N的增加而變大，但衍射損耗隨 N的增加而減小 。 時(shí)即可。為此，必須盡量減小腔內(nèi)各元件的吸收、散射等損耗，從而相對(duì)增大衍射損耗在總損耗中的比例。 諧振腔對(duì)不同階橫模有不同衍射損耗的性能是實(shí)現(xiàn)橫模選擇的物理基礎(chǔ) ， | g | = | 1L/R | 圖 不同構(gòu)形對(duì)稱諧振腔的衍射損耗隨 N的變化 N=α2 / (λL) ， (a) TEM00模 N=α2 / (λL) ， (b) TEM10模 100 而適當(dāng)選擇菲涅耳數(shù) N值，使之滿足 ()和 () 式，則可以實(shí)現(xiàn)單橫模選擇的目的。 圖 球面腔的兩個(gè)最低階橫模的單程衍射損耗曲線。設(shè)諧振腔兩端反射鏡的反射率分別為 r r2，單程損耗為 δ， 單程增益系數(shù)為 G， 激光工作物質(zhì)長(zhǎng)度為 L， 則初始光強(qiáng)為 I0的某個(gè)橫模 (TE
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