試談模式選擇技術(shù)-在線瀏覽
2025-03-12 21:40本頁(yè)面
【正文】 球面腔之 TEM00模的有效光束半徑 ω(z)沿腔軸 z方向是以雙曲線規(guī)律傳輸?shù)?, 如圖 。若只考慮對(duì)稱腔的情況，其表示式為 可以得出如下性質(zhì)：() (1)當(dāng)增大腔鏡的曲率半徑 R時(shí)，最低階模的光束半徑 ω0也隨之增大 , 從而基模體積也隨之增大。將( 6)式對(duì) L微分并令其為零，可得出極大值條件為 L=R，即為半共心腔。由 ( 2 )可看出 , 在腔鏡 Ｒ 已確定的情況下，為獲得盡可 能大的基模體積，應(yīng)適當(dāng)拉長(zhǎng)腔長(zhǎng) Ｌ 。為獲得基模輸出，可以選擇不同的 g、 N參數(shù)。共有五組不同 g、 N參數(shù)諧振腔。對(duì)于共心腔 Ｒ １ ＋ Ｒ ２ ＝ Ｌ , 這種方法尤其有效。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。 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。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 射損耗與光闌孔徑的關(guān)系δ %圖 ?（ %）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。對(duì)于Ｎ ＝ ~ 20的共心腔， 為 ~。這樣光束在腔內(nèi)傳播時(shí)可經(jīng)歷較大的空間。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。 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 。 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（略，自己看書(shū) 178179）。它的特點(diǎn)是存在著固有的光線發(fā)散損耗，傍軸光線在腔鏡面上經(jīng)歷相繼的反射時(shí)，每次都向外偏折，離開(kāi)腔軸線越來(lái)越遠(yuǎn)，以致最后逸出腔外，所以這種腔又稱為高損耗腔。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(shí)振蕩的縱模數(shù) 縱模選擇技術(shù)一 .縱模選擇原理△ ν q △ ν 0 對(duì)于一般穩(wěn)定腔來(lái)說(shuō)，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(shí) , 其振蕩頻譜結(jié)構(gòu)才較簡(jiǎn)單，為一系列分立的振蕩頻率，其間隔為 Δν=c/2nL。對(duì)于同一個(gè)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(zhǎng)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。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 )λHeNe laser: , μ , 通常是利用腔鏡反射膜的光譜特性 (只對(duì)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(zhǎng)的光束在空間分離，然后設(shè)法，僅使較窄波長(zhǎng)區(qū)域內(nèi)的光束在腔內(nèi)形成振蕩。諧振腔所能選擇振蕩的最小波長(zhǎng)范圍由棱鏡的角色散和腔內(nèi)振蕩光束的發(fā)散角決定。 根據(jù)物理光學(xué)折射定理，有 (設(shè)折射角為 c):(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。將 ()式求導(dǎo)后代入，得 ()式中， dn/dλ表示不同材料的析射率對(duì)波長(zhǎng)變化的導(dǎo)數(shù)。 這種棱鏡色散法對(duì)一些激光器進(jìn)行選擇振蕩是十分有效的。 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 。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()()由 ()式可見(jiàn)，當(dāng)入射角相同時(shí)，不同波長(zhǎng)的的 0級(jí)譜線 (m=0)相互重合而沒(méi)有色散分光作用。 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(duì)小斜面而言是正入射 ），則光柵的角色散率為式求出：()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(zhǎng)范圍為 （仿 ） 對(duì)可見(jiàn)光譜區(qū)來(lái)說(shuō)，設(shè) α0=300, θ=1mrad,則 Δλ不到 1nm量級(jí)。由于光柵法不存在光束的透過(guò)損耗，因此可適用于較寬廣的光譜區(qū)域的激光器。而縱模間隔 與腔長(zhǎng)成反比，因此選擇單縱模的方法之一是縮短諧振腔的長(zhǎng)度 Ｌ , 以增大
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