激光技術(shù)之模式選擇-展示頁
2024-11-21 22:00本頁面
【正文】 n)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)。,本章分別簡述這兩類模式選擇的原理。對于一般腔長的激光器, 往往同時產(chǎn)生幾個甚至幾百個縱模振蕩。,如: n為折射率，L為腔長, 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,7.1 概 述,要求激光方向性或單色性很好。要求對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5.11所示的是幾個低級橫模的光場強(qiáng)度分布照片。,不同橫模的光場強(qiáng)度,TEM00 TEM10 TEM20 TEM30,TEM00 TEM10 TEM20 TEM30,TEM40 TEM50 TEM21 TEM22,TEM01 TEM02 TEM03,TEM00 TEM10 TEM20,圖7.11 不同橫模的光場強(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, 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，是從微波技術(shù)上接過來的， 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，其亮度可提高幾個數(shù)量級, 橫模選擇技術(shù)是使激光發(fā)散角小。,所謂縱模, 就是指沿諧振腔軸線方向上的激光光場分布。 縱模個數(shù)取決于激光的增益曲線寬度及相鄰兩個縱模的頻率間隔。,5.2 橫模選擇技術(shù),由激光原理可知，一臺激光器的諧振腔中可能有若干個穩(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。,(5.21),閾值條件為 I≥I0 即 I / I0 ≥ 1,由此得出 r1r2(1? )2 exp(2GL)≥1 (5.22),下面考察兩個最低階次的橫模TEM00和TEM10模的情況，認(rèn)為激活介質(zhì)對各橫模的增益系數(shù)相同，當(dāng)同時滿足下列兩個不等式：,＞ 1 (5.23),
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