激光原理第二章2.1-2.5.pptVIP

上一页 回首页 下一页 回末页 回目录 第二章 激光器的工作原理 §2.1 光学谐振腔结构与稳定性 * §1.7 光的相干性 第一章 辐射理论概要 上一页 回首页 下一页 回末页 第一章 回目录 2.1.1共轴球面谐振腔的稳定性条件 1. 规定曲率半径为R，焦距为f，物距s和象距s′在反射镜前面为正，在反射镜后面的为负，则有： 1) 对于凹透镜，R0，f=R/20 2) 对于凸透镜，R0，f=R/20 3) 对于平面镜， 2.成像公式为: 2.1.2 平凹腔 A B M1 M2 图（2.2.2）(a)半共焦腔 F 图（2.2.2）(b)半共心腔 A B M1 M2 O 1. 平凹腔是由一块平面镜和一块曲率半径为R的凹面镜组成的光学谐振腔。图（2.2.2）(a)为半共焦腔，凹面镜的焦点正好落在平面镜上；图（2.2.2）(b)为半共心腔，凹面镜的球心正好落在平面镜上。 图（2.2.2）(c)不稳定腔 h0 A1 O1 h0 B1 C1 h1 A2 B0 F O2 B2 h2 M1 M2 B0 L f h3 2. 如果继续将两反射镜之间的距离拉大，使L2f，如图（2.2.2）(c)所示。 1）平行光A1A2经M2反射后的光线A2B1经过焦点F，由ΔA2O2F∽ΔB1O1F， h1 : h0 = (L-f) : f 2）M1的反射光B1B2对M2来说相当于由F在M1中的象B0发出的，即B0O1=L-f，所以B0到M2的距离sB=B0O2=2L-f，由ΔB0O1B1∽ΔB0O2B2， h2 : h1 = (2L-f) : (L-f) 3）M2的反射光B2C1将通过B0在M2中的象点B0，则象距sB=B0O2可由成像公式求出。 又由ΔC1B‘0O1∽ΔB2B‘0O2， h3 : h2 = (L-s‘B) : s‘B 4）依此类推，求出h4，h5，…，可以计算出： 这种腔中的傍轴光线不能在腔内往返传播任意多次而不逸出腔外。 在反射镜M1上，有：h0 h1 h3 … 在反射镜M2上，有：h0 h2 h4 … 5）由上面的分析得出结论：用平、凹反射镜构成的稳定腔其腔长L必须满足L≤2f，否则都是不稳定腔。 2.1.3 对称凹面镜腔 1. 由两块凹面镜也能组成光学谐振腔，如图（2.2.3）(a)是对称共焦腔，图（2.2.3）(b)是共心腔。 B 图（2.2.3）(a) 对称共焦腔 A M1 M2 F 图（2.2.3）(b)共心腔 B O A M1 M2 2. 同理，如图（2.2.3）(c)当两块凹面镜的腔长L 2R的时候就称为了不稳定腔。 图（2.2.3）(c)不稳定凹面腔 O M1 M2 2.1.4 对称凸面镜腔 如图（2.2.4）由两块凸面镜组成的光学谐振腔也是不稳定腔。 图（2.2.4）不稳定凸面腔 2.1.5 稳定腔的表达式 光学谐振腔的稳定与否是由谐振腔的几何形状决定的。可用一个不等式来表示谐振腔的稳定条件。稳定腔应该满足的条件是hn≤h0，可以证明满足这个不等式的腔必然满足： 其中： 2.1.6 稳定图和稳定腔的分类 令 为横坐标， 为纵坐标，由下式可以作出两条双曲线，它们是稳定腔和非稳定腔的分界线。如图（2.2.5）所示。把稳定腔大致分为四类，在图上用Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ标出。 Ⅱ Ⅰ Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅲ Ⅳ Ⅳ A B 1 1 图（2.2.5）稳定腔图 O 在坐标系上，直线线段BOA代表第一类腔(Ⅰ)---对称腔。其特点是：R1=R2=R。而坐标原点O则代表R1=R2=L，即共焦腔；A点代表R1=R2→∞，即平行平面腔；B代表R1=R2=L/2，即共心腔。 （一）对称腔 Ⅱ Ⅰ Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅲ Ⅳ Ⅳ A B 1 1 图（2.2.5）稳定腔图 O 在坐标系上 和 的区域，这是第二类腔，即图中的第Ⅱ部分，代表曲率半径大于腔长的非对称腔。其特点：R1≠R2；R1＞L，R2＞L （二）长焦距非对称腔 （三）短焦距非对称腔 在坐标系上除去OB的整个 和 的区域，这是第三类腔，即图中的第Ⅲ部分，代表曲率半径小于腔长的非对称腔。其特点：R1≠R2；0＜R1＜L，0＜R2＜L，但必须满足R1+R2＞L （四）凹凸腔 坐标系上 、 和 、 的区域代表第四类腔，即图中的第Ⅳ部分，它是由一块R＜0的凸面镜和一块R＞L的凹面镜构成，其特点：｜R1｜＞ R2－L；其中R1＜0，R2＞L 1. 突出焦距与腔长的关系时，将稳定的光学谐振腔分为： （五）腔的分类 对称共焦腔： 半共焦腔： 非共焦腔：