激光的基本技術(shù)ppt-在線瀏覽
2024-11-22 03:44本頁面
【正文】 其中δi為激光束通過增益介質(zhì)產(chǎn)生的損耗；δm為激光束在諧振腔鏡面上由于透射、散射和吸收等因素而產(chǎn)生的損耗；δd為激光在諧振腔中因衍射而產(chǎn)生的損耗。由于上式中的G、δi、δm對不同橫模來說是相同的，因而滿足振蕩閾值條件主要由衍射損耗δd來決定。,橫模選擇常遵循的原則是： ①必須盡量增大高階橫模與基模的衍射損耗比（差異），即盡量增大比值δ10／δ00。,一. 衍射損耗和菲涅耳數(shù),(1) 由于衍射效應(yīng)形成的光能量損失稱為衍射損耗。菲涅耳數(shù)是表征諧振腔衍射損耗的一個(gè)特征參數(shù)。因此，通常都是將計(jì)數(shù)結(jié)果畫成曲線，這就是所謂的衍射損耗曲線。,圖中畫出了對稱腔TEM00模的單程衍射損耗隨菲涅耳數(shù)的變化。,基模體積問題 某一模式的模體積用來描述該模式在腔內(nèi)所擴(kuò)展的空間范圍。反之，模體積小，輸出功率就小。 g=1L/R 腔的結(jié)構(gòu)參數(shù)； N 菲涅爾數(shù),由諧振腔理論分析可知，當(dāng)考慮對稱腔情況時(shí)（R1＝R2），基模（TEM00）高斯光束的束腰W0可表示為： 具有如下性質(zhì)： ①當(dāng)增大腔鏡曲率半徑R時(shí)，基模束腰W0亦隨之增大，從而基模體積亦隨之增大。 ②當(dāng)R為一定值時(shí)，W0隨腔L變化存在一極大值，可得出極大值條件為L＝R（共焦腔）。 此外，橫模選擇也是單頻激光器所要求的必要條件。,（1）腔型及參數(shù)g、N的選擇 諧振腔的橫模選擇是以腔內(nèi)不同橫模具有不同的衍射損耗為根據(jù)的。 通常在設(shè)計(jì)諧振腔時(shí)，適當(dāng)選擇腔類型和腔參數(shù)g、N就可以獲得基模輸出。為了抑制高階模，就必須減小腔的非涅爾數(shù)N。 若采用平行平面腔，雖比值δ10／δ00不大，但δ00及δ10都較大，容許選擇較大的N值，其TEM10模仍可處于不能振蕩的抑制狀態(tài)下，由于它們的基模體積較大，一旦實(shí)現(xiàn)單橫模振蕩，其輸出功率就可能很高。此法具有以下幾種不同形式：,①小孔光闌選模 由于基模具有最小的光斑尺寸，而其它高階模的光斑尺寸則依次變大。但對大多數(shù)固體激光器而言，激活介質(zhì)的直徑不可能做得太細(xì)。插入小孔光闌相當(dāng)于減小腔鏡的橫截面積，即減小了諧振腔的菲涅爾數(shù)N，使δ00及δ10都有所增大，從而選出基模。即： r0=W(z) 由此可見，光闌放在腔內(nèi)不同位置時(shí)，其光闌半徑的大小r0是不同的。,②聚焦光闌法 小孔光闌法具有結(jié)構(gòu)簡單、調(diào)整方便等優(yōu)點(diǎn)。所以此法僅適用于增益較低的氣體激光器。其原理是使腔內(nèi)平行光束聚焦，再在焦點(diǎn)處插入一個(gè)小孔光闌，使得只有沿軸向行進(jìn)的平行光束才能通過小孔往返振蕩，而其它方向上的光束被小孔光闌所阻截。 此法雖擴(kuò)大了基模體積，但由于使用了二個(gè)透鏡，增加了腔內(nèi)損耗，而且調(diào)整困難。故不適用大功率、大能量激光器件。 它具有高選模性、模體積大、腔長短、結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)點(diǎn)。,圖47 腔內(nèi)望遠(yuǎn)鏡法,（3）其它選模方法。選模原理是基于臨界角附近光束的反射率隨入射角的變化而迅速變化。凡偏離θc的光束，其反射率不高。 ②飽和吸收染料選模。但高階橫模其功率密度低，不易“漂白”染料，兩者的損耗具有較大的差異，從而達(dá)到選基模的目的。光學(xué)諧振腔的反射鏡主光軸與激活介質(zhì)的軸線重合時(shí)，不同橫模的衍射損耗都較小，當(dāng)鏡軸與腔軸偏離時(shí)，則不同橫模的衍射損耗都會相應(yīng)增加。而基橫模損耗小，受到影響小，容易獲得基模輸出，但輸出功率會因此而下降。兩種常用的抑制高階橫模的方法如下。最簡單的辦法就是在腔內(nèi)靠近反射鏡的地方放置一個(gè)光闌（用于增益較低的氣體激光器），如圖所示。應(yīng)盡量減小暴露于大氣的部分，同時(shí)還要屏蔽通風(fēng)以減小T 、 P、 h的脈動。,2.主動式穩(wěn)頻,(1) 把激光器中原子躍遷的中心頻率做為參考頻率，把激光頻率鎖定到躍遷的中心頻率上，如蘭姆凹陷法。如飽和吸收法。這種穩(wěn)頻激光器的基本結(jié)構(gòu)如圖48所示,圖48 蘭姆凹陷法穩(wěn)頻激光器的基本結(jié)構(gòu),2.腔長自動補(bǔ)償系統(tǒng)的方框圖如圖49所示,圖49 蘭姆凹陷法穩(wěn)頻方框圖,壓電陶瓷加一直流電壓：使初始頻率為,壓電陶瓷上還需加一頻率為f(約為lkHz)、幅度很小(只有零點(diǎn)幾伏)的交流訊號，此訊號稱為“搜索訊號”,當(dāng)壓電陶瓷外表面加正電壓、內(nèi)表面加負(fù)電壓時(shí)壓電陶
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