激光技術(shù)之模式選擇-展示頁(yè)
2025-05-09 01:58本頁(yè)面
【正文】 Mmn)的光在諧振腔內(nèi)經(jīng)過一次往返后，由于增益和損耗兩種因素的影響，其光強(qiáng)變?yōu)?: 一 .橫模選擇原理 激光器即可實(shí)現(xiàn)單橫模 (TEM00)運(yùn)轉(zhuǎn) 。 本章分別簡(jiǎn)述這兩類模式選擇的原理。對(duì)于一般腔長(zhǎng)的激光器 , 往往同時(shí)產(chǎn)生幾個(gè)甚至幾百個(gè)縱模振蕩 。 如 : n為折射率， L為腔長(zhǎng) , 因 所以 取微分后 Δν = c/2nL 縱模選擇技術(shù)則是單頻激光運(yùn)轉(zhuǎn)的必要手段。由應(yīng)用光學(xué)可知 , 其光斑直徑 d=fθ ( f為透鏡焦距， θ為光束發(fā)散角 )。相鄰橫模的波長(zhǎng)差，隨著具體的腔的結(jié)構(gòu)及反射鏡的調(diào)節(jié)不同頗不一致。以軸為基準(zhǔn) , TEM00代表單?；蛎?。這截面所產(chǎn)生的部分橫模如圖。 橫模雖容易觀察，但其產(chǎn)生原因較復(fù)雜，比如： 不在軸上光束的加強(qiáng)干涉，工作物質(zhì)的色散、散射效應(yīng)及腔內(nèi)光束的衍射效應(yīng)等等，都對(duì)橫模有影響 。橫模階數(shù)越高 , 光強(qiáng)分布就越復(fù)雜且分布范圍越大 , 因而其光束發(fā)散角越大。 從激光原理可知 , 所謂橫模 , 就是指在諧振腔的橫截面內(nèi)激光光場(chǎng)的分布。模式選擇技術(shù)可分為兩大類 : 一類是橫模選擇技術(shù) 。激光技術(shù)之 模式選擇 提要 ? 基橫模的選擇 ? 單縱模的選擇 概 述 要求激光方向性或單色性很好。要求對(duì)激光諧振腔的模式進(jìn)行選擇。 另一類是縱模選擇技術(shù)。 如圖 模的光場(chǎng)強(qiáng)度分布照片。 不同橫模的光場(chǎng)強(qiáng)度 TEM00 TEM10 TEM20 TEM30 TEM00 TEM10 TEM20 TEM30 TEM40 TEM50 TEM21 TEM22 TEM01 TEM02 TEM03 TEM00 TEM10 TEM20 圖 不同橫模的光場(chǎng)強(qiáng)度 反之，基模 (TEM00) 的光強(qiáng)分布圖案呈圓形且分布范圍很小 , 其光束發(fā)散角最小 , 功率密度最大，因此亮度也最高，徑向強(qiáng)度分布是均勻的。這里只就第一種原因作簡(jiǎn)單分析，認(rèn)為在腔內(nèi)光束除與腔軸嚴(yán)格平行外，有那些稍微偏離走“ Z”字形的光束 , 雖經(jīng)多次反射后 , 仍未偏出腔外， 能符合 2nLcosθ =kλ 條件 , 因而在某一 θ方向存在著加強(qiáng)干涉的波長(zhǎng) , 設(shè)以 Z代表腔軸方向，垂直 Z的截面為 XY平面。 標(biāo)記 TEMmn中 TEM代表電磁橫波 ，圖上的標(biāo)記符號(hào)，是從微波技術(shù)上接過來(lái)的， m代表 x方向上的波節(jié)數(shù) , n代表 y方向上波節(jié)數(shù)。 TEM10代表 m=1， n=0的模，余類推。另外，相鄰橫模的偏振方向雖相同，但有的有 π位相差 , 如圖中所示的箭頭。 經(jīng)過選模之后，輸出功率可能有所降低 , 但由于發(fā)散度的改善，其亮度可提高幾個(gè)數(shù)量級(jí) , 橫模選擇技術(shù)是使激光發(fā)散角小 。 )0(2c o s2 ???? ???? knLknL??c? nLkc2??所謂縱模 , 就是指沿諧振腔軸線方向上的激光光場(chǎng)分布 。 縱模個(gè)數(shù)取決于激光的增益曲線寬度及相鄰兩個(gè)縱模的頻率間隔。 橫模選擇技術(shù) 由激光原理可知，一臺(tái)激光器的諧振腔中可能有若干個(gè)穩(wěn)定的振蕩模，只要某一種模的單程增益大于其單程損耗，即滿足激光振蕩條件，該模式就有可能被激發(fā)而起振。 )2e x p ()1( 2210 GLrrII ??? () 閾值條件為 I≥I0 即 I / I0 ≥ 1 由此得出 r1r2(1? )2 exp(2GL)≥1 () 下面考察兩個(gè)最低階次的橫模 TEM00和 TEM10模的情況，認(rèn)為激活介質(zhì)對(duì)各橫模的增益系數(shù)相同，當(dāng)同時(shí)滿足下列兩個(gè)不等式： )e x p ()1( 0021 GLrr ?? ＞ 1 () )
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