激光技術(shù)之模式選擇-在線瀏覽
2025-06-17 01:58本頁面
【正文】 e x p ()1( 1021 GLrr ?? ＜ 1 () 諧振腔存在 兩種不同性質(zhì)的損耗 ， 一種是與橫模階數(shù)無關(guān)的損耗 ； 另一種則是與橫模階數(shù)密切相關(guān)的衍射損耗 ，在穩(wěn)定腔中，基模的衍射損耗最小，隨著橫模階數(shù)的增高，其衍射損耗也逐漸增大。 由圖可見， 在菲涅耳數(shù) N值相同的情況下 , 對稱穩(wěn)定腔的衍射損耗隨 |g|的減小而降低?？紤]到模式間的競爭，選單橫模的條件還可以放寬些，當(dāng)滿足條件 1)e x p ()1( 0021 ?? GLrr ? () 其 一 ， 衍射損耗在模的總損耗中必須占有重要地位 ，達到能與其他非選擇性損耗相比擬的程度。通過減小腔的菲涅數(shù) N也可以達到這一目的 。 為了有效地選擇橫模， 還必須考慮兩個問題 ， 其二， 橫模選擇除了考慮各橫模衍射損耗的絕對值大小之外，還應(yīng)考慮橫模的鑒別能力 ，即基模與較高橫模的衍射損耗的差別必須足夠大 (即 δ10／ δ00比值大 )，才能有效地把兩個模區(qū)分開來，以易于實現(xiàn)選模。 N要選擇適當(dāng) (折中一下： 一般 ) 橫模衍射損耗的差別不僅與不同類型的諧振腔結(jié)構(gòu)有關(guān)，而且還與腔的菲涅耳數(shù) N有關(guān)。 g = | 1L/R | N=α2 / (λL) 100 圖 各種對稱腔的 δ10/δ00與 N的關(guān)系 凹腔的 δ10／ δ00值與 N的關(guān)系。 (矛盾） 橫模選擇方法可分為兩類：一類是 改變諧振腔的結(jié)構(gòu)和參數(shù)以獲得各模衍射損耗的較大差別，提高諧振腔的選模性能；另一類是在一定的諧振 腔內(nèi)插入附加的選模元件 來提高選模性能。 二、橫模選擇的方法 圖 δ10／ δ00 比值與菲涅耳數(shù) Ｎ 的關(guān)系。但是 Ｎ 值太小時，模體積很小，輸出功率也就很低。 g 和 Ｎ 的選擇法 適當(dāng)?shù)剡x擇諧振腔參數(shù) Ｒ １ ， R２ ， Ｌ , 使它們運轉(zhuǎn)于穩(wěn)定區(qū)邊緣 , 即運轉(zhuǎn)于臨界工作狀態(tài)，則有利于選模，因為各階橫模中最低階模 (TEM00模 )的衍射損耗最小。 采用小孔光闌作為選模元件插入腔內(nèi)是固體激光器中常用的選模方法 , 如圖 。由于高階橫模的光腰比基模的大，如果光闌的孔徑選擇得適當(dāng)，就可以將高階橫模的光束遮住一部分，而基模則可順利通過。只要小孔光闌的孔徑選擇適當(dāng)， TEM00模和 TEM10模滿足()和 ()式，便可選出基模。 曲線上標(biāo)明的 Ｎ是反射鏡半徑對應(yīng)的菲涅耳數(shù) 。 當(dāng) ， 模式損耗與不加光闌時基本相同 。由圖可以看出，對固體的 Ｎ 值，δ10/ δ00值對某一個光闌孔徑有一個極大值，利用此孔徑選模最為有利。 Lra?圖 共心腔 δ10 / δ00與光闌孔徑的關(guān)系 圖 聚焦光闌法選模 這種方法是在諧振腔內(nèi)插入透鏡或透鏡組配合小孔光闌進行選模 ， 光闌放在透鏡的焦點上 。 圖 意圖 。 這種方法雖然擴大了基模模體積，但附加了兩個透鏡而增加了腔的插入損耗，并給調(diào)整帶來困難。但要求凹面反射鏡的曲率中心與透鏡的焦點重合。如以 Δν0表示增益曲線高于閾值部分的寬度，相鄰縱模的頻率間隔為 Δνq， 則可能同時振蕩的縱模數(shù) qn ????? 0 縱模選擇技術(shù) 一 .縱模選擇原理 △ ν q △ ν 0 對于一般穩(wěn)定腔來說，由衍射理論可知，不同的橫模 (TEMmm)具有不同的諧振頻率數(shù) ,故參與振蕩的橫模數(shù)越多，總的振蕩頻譜結(jié)構(gòu)就越復(fù)雜； 當(dāng)腔內(nèi)只存在單橫模 (TEM00)振蕩時 , 其振蕩頻譜結(jié)構(gòu)才較簡單，為一系列分立的振蕩頻率，其間隔為 Δν=c/2nL。對于同一個橫模的不同縱模而言，其損耗是相同的，但是不同縱模間卻存在著增益差異，因此，利用不同縱模之間的增益差異， 在腔內(nèi)引入一定的選擇性損耗，使欲選的縱模損耗最小 ，而其余縱模的附加損耗較大，只有中心頻率附近的少數(shù)增益大的縱模建立起振蕩。 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，必須將頻率進行粗選 , 將不需要的譜線抑制掉。 二 .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 ) λ HeNe laser: , μ ,
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