【正文】 很薄，因此對增益線寬很寬的工作物質(zhì)和氬離子、紅寶石、 YAG等也能夠獲得單縱模振蕩，可適用于大功率激光器。因若要求 Δν0=1500MHz, 單縱模振蕩就要求 L=。 因此在大功率單縱模輸出的場合 ， 此法不適用 。 圖 短腔法選模原理 短腔法缺點(diǎn)： 短腔法只適用于增益線寬較窄的激光器 。 ?? ??00 t a n2 aD???nLc2???２ .短腔法 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。由于光柵法不存在光束的透過損耗，因此可適用于較寬廣的光譜區(qū)域的激光器。 22122c o ss i ns i nc o s aaaadmddaD???????通常光柵工作在自準(zhǔn)直狀態(tài)下，即 α1= α2= α (α為光柵的閃耀角，即光柵平面的法線 Ｎ 0 與每條縫的平面的法線 N2之間的夾角，對小斜面而言是正入射），則光柵的角色散率為 ?maad ?? )s i n( s i n 21式求出： ?mddaad ??? )c os0( 22設(shè)腔內(nèi)允許的光束發(fā)散角為 θ， 則因光柵色散所能允許的最小分離波長范圍為 對可見光譜區(qū)來說，設(shè) α0=300, θ=1mrad,則 Δλ不到 1nm量級。 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 ?由式可見，當(dāng)入射角相同時(shí)，不同波長的的 0級譜線 (m=0)相互重合而沒有色散分光作用。 另一種色散腔是用一個(gè)反射光柵代替諧振腔的一個(gè)反射鏡，如圖所示。 這種棱鏡色散法對一些激光器進(jìn)行選擇振蕩是十分有效的 。將式求導(dǎo)后代入，得 ??? ddD ???????? ???? ?ddnnD )( s i n2s i n12222式中， dn/dλ表示不同材料的析射率對波長變化的導(dǎo)數(shù)。 根據(jù)物理光學(xué)折射定理，有 (設(shè)折射角為 c): ns ins in0??(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。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。 通常是利用腔鏡反射膜的光譜特性 (只對某個(gè)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。 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 ) 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(jìn)行粗選 , 將不需要的譜線抑制掉。這種現(xiàn)象叫做 “ 縱模的競爭 ” ，競爭的結(jié)果總是最靠近譜線中心頻率的那個(gè)縱模被保持下來。隨著腔內(nèi)光強(qiáng)逐步增強(qiáng)， q1和 q+1模都被抑制掉，只有 q模的光強(qiáng)繼續(xù)增長，最后變?yōu)榍€ 3的情形。某些實(shí)際應(yīng)用，如光通訊、激光全息、精密計(jì)量等要求激光具有高單色性、高相干性，必須單頻工作，而縱模選擇又是單頻工作的必要條件 激光單縱模的選取 1. 均勻增寬型譜線的縱模競爭 (1) 當(dāng)強(qiáng)度很大的光通過均勻增益型介質(zhì)時(shí)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布值下降，增益系數(shù)相應(yīng)下降，但光譜的線型并不改變。激光器的振蕩縱橫數(shù)目，由腔長、工作物質(zhì)的增益線寬和激勵水平等因素所決定。因此，設(shè)計(jì)和改進(jìn)激光器的諧振腔以獲得單模輸出是一個(gè)重要課題。在激光準(zhǔn)直、激光加工、非線性光學(xué)、激光遠(yuǎn)程測距等領(lǐng)域都需要基橫模激光束。含有高階模式橫模的激光束光強(qiáng)分布不均勻，光束發(fā)散角大。 第四章 激光的基本技術(shù) 激光的基本技術(shù) ?直接對激光諧振腔的輸出特性產(chǎn)生作用 如：選模技術(shù)、穩(wěn)頻技術(shù)、調(diào) Q技術(shù)和鎖模技術(shù)等； ?獨(dú)立應(yīng)用于諧振腔外 如光束變換技術(shù)、調(diào)制技術(shù)和偏轉(zhuǎn)技術(shù)等 激光器輸出的選模 激光的優(yōu)點(diǎn)在于它具有良好的單色性、方向性和相干性。理想的激光器輸出光束應(yīng)該只有一個(gè)模式，但是對于實(shí)際的激光器，如果不采取模式選擇，它們的工作狀態(tài)往往是多模的。含有多縱模及多橫模的激光器單色性及相干性差。在精密干涉測量，光通訊及大面積全息照相等應(yīng)用中更要求激光是單橫模和單縱模光束。 激光縱模的選取 為了獲得更好的單色性和相干性的激光束，要求激光以單頻振蕩，在一般情況下，多橫模激光器是一個(gè)多頻激光器，而多縱模激光器的頻率間隔則更大。因?yàn)橹挥刑幱谠鲆婢€寬內(nèi)的那些縱模頻率才有可能真正起振，形成多縱模振蕩。 閾GIνG qq ?),((2) 多縱模的情況下，如圖 41所示，設(shè)有 q1， q， q+1三個(gè)縱模滿足振蕩條件。 圖 41 均勻增寬型譜線縱模競爭 (3)若此時(shí)的光強(qiáng)為 Iq，則有 ，于是振蕩達(dá)到穩(wěn)定，使激光器的內(nèi)部只剩下 q縱模的振蕩。 (4)在均勻增寬的穩(wěn)定態(tài)激光器中，當(dāng)激發(fā)比較強(qiáng)時(shí)，也可能有比較弱的其他縱模出現(xiàn)，如何解釋？這種現(xiàn)象稱為模的 “ 空間競爭 ” 。例如 , HeNe激光器，可發(fā)射 nm， ? m = 1150 nm， ?m = 3390 nm三條譜線。 (注 : n0=1 圖所示的是腔內(nèi)插入色散棱鏡的粗選裝置圖。 A c c T B C D O 棱鏡色散粗選裝置 法線 法線 α1 = α2 = α φ ?? ? ?? )s i na r c s i 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 s i n/)s i n (??? ??n設(shè)光線進(jìn)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 。定義棱鏡的角色散率為 ，即波長每變化。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 ???? ??ddnnddndndD2222s i n1s i n2???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(shí) ， 能達(dá)到的 Δλ ≈1nm。 如氬離子激光器兩條強(qiáng)工作譜線 488nm和 行選擇 。 式中， m＝ 1,2…… 為衍射級次。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。由此可見，其色散選擇能力比棱鏡更高。 色散腔法雖然能從較寬范圍的譜線中選出較窄的振蕩譜線，實(shí)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)，還存在著頻率間隔為 的一系列分立的振蕩頻率，即多個(gè)縱模，如何進(jìn)一步從單條譜線中選出單一的縱模，就要采取如下的一些方法。而縱模間隔 與腔長成反比，因此選擇單縱模的方法之一是縮短諧振腔的長度 Ｌ , 以增大 Δνq， 使得在 Δν0范圍內(nèi)只存在一個(gè)縱模，而其余的縱模都位于 Δν0之外，如圖所示 , 此即所謂短腔法選縱模。 由于腔長縮短 ， 激光輸出功率必然受到限制 。 如 HeNe激光器，當(dāng) L=1m時(shí)，其縱模間隔 =150MHz(設(shè) n=1)。 nLcq 2?? ? 珀羅標(biāo)準(zhǔn)具法： 如圖 42所示，在外腔激光器的諧振腔內(nèi)，沿幾乎垂直于腔軸方向插入一個(gè)法布里－珀羅標(biāo)準(zhǔn)具 由于多光束干涉的結(jié)果，對于滿足下列條件的光具有極高的透射率