单模非均匀加宽He氖激光器资料.docVIP

单模非均匀加宽He-Ne激光器 姓名：靳雪琦 专业：应用物理 学号： 目 录 前言…………………………………………3 一、 单纵模的选择………………………3 I 横膜的选择……………………………4 II 纵模的选择…………………………5 二、 非均匀加宽单模激光器……………9 三、He--Ne激光器…………………………12 1、激励机制……………………………12 2.谱线竞争……………………………14 3.放电参数对输出功率的影响……… 14 前 言 自1960年第一台红宝石激光器问世以来，激光器和激光放大器的发展非常迅速。激光工作物质已包括晶体、玻璃、光纤、气体、半导体、液体及自由电子等数百种之多。激励方式有光激励、电激励、热激励、化学激励和核激励等多种方式。 各类激光器和激光放大器的工作原理、特性以及改善激光器的各种技术均有所不同，本文只要介绍的是单模非均匀加宽He-Ne激光器。 单纵模的选择 激光的优点在于它的良好的方向性、单色性和相干性。理想激光器的输出光束应只具有一个模式，然而若不采取选模措施，多数的激光器的工作状态往往是多模的。含有高阶横膜的激光束光强分布不均匀，光束发散角较大。含有多纵模及多横膜的激光束单色性及相干性差。激光准直、激光加工、非线性光学研究、激光中的远程测距等应用均需要基横模激光束。而在精密干涉计量、光通讯及大面积全息照相等应用中不仅要求激光是单横模的，同时还要求光束仅含有一个纵模。下面我来介绍一下激光器模式的选择。 I 横膜的选择 谐振腔中不同横模具有不同的耗损是横模选择的物理基础。在稳定腔中，基膜的衍射耗损最低，随着横模阶次的增高，衍射耗损将迅速增加。 激光器以模单模运转的充分条件是：模的单程增益至少应能补偿他在光腔中的单程损耗，即应有 ( 而耗损高于基膜的相邻横模（如TEP10模），却应同时满足 ( 式中，和分别为工作物质中模和模的小信号增益系数；和分别是二模式的单程衍射损耗。 在各个横模的增益大体相同的条件下，不同的横模间的衍射耗损的差别就是进行横模选择的根据。因此，必须尽量增大高阶横模与基膜的衍射耗损比，/越大，则横模鉴别力越高。同时还应使衍射耗损在总好孙中占有足够的比例。 衍射耗损的大小及模鉴别能力的高低与谐振腔的腔型和菲涅尔数有关。图1和图2中的实现是对各种对称腔和平凹腔的/随菲尼尔数变化的曲线，虚线表示模的等耗损线。由图可知，衍射耗损随菲涅尔数的增大不断减少，横鉴别能力却随之提高。共焦腔和半共焦腔的/最大，平面腔与共心腔的/最小。但另一方面，当N不太小时，共焦腔和半共焦腔的衍射耗损很低。与其他耗损相比，往往可以忽略，因而无法利用他的模鉴别能力高的有点进行选模。此外，共焦腔及半共焦腔基膜体积甚小，因而其单模震荡功率也低。平面腔和共心腔虽然模式鉴别能力第，按由于衍射耗损的绝对值较大，反而容易利用模式间的耗损差实现横模选择。而且他们的模体积较大，可获得高功率单模震荡。 图1 图2 下面简单介绍击中实现横模选择的具体方法 小孔光栅选模 在谐振腔内设置小孔光栅或限制工作物质横截面积可降低谐振腔的菲涅尔数，增加衍射耗损，使其满足(式与(式，从而是激光器实现基横模运行。这一方法的实质是是光斑尺寸较小的基膜无阻挡的通过小孔光栅，而光斑尺寸较大的高阶横模却收到阻拦而遭受较大的耗损。由于在谐振腔的不同位置，光斑尺寸不同，所以小孔光阑的大小因其位置而异，如图3所示。 为了扩大及横模体积，充分的利用激光工作物质。常采用聚焦光阑法选模，如图4所示。 图3 图4 谐振腔参数g、N选择法 适当的选择谐振腔的类型和腔参数g、N值，是谐振腔的衍射耗损满足(式和(式，可使激光器输出基横模激光束。 非稳腔选模 非稳腔是高损耗腔，不同的横模的耗损有很大的差异。近年来，利用非稳腔在高增益激光器中选择横模的方法被广泛采用。 微调谐振腔 对于平面腔，当腔镜倾斜是基膜损耗增加最显著，腔的偏调有利于高阶模的优先震荡。对于稳定腔，由于机模体积最小而高阶模的体积较大，当腔镜发生倾斜时，高阶横模耗损显著增大，基膜手大的影响较小，因而仍可继续维持震荡。这样，适当的将腔镜倾斜就可以抑制高阶横模。 II 纵模的选择 1.短腔法 缩短谐振腔的长度，可真大相邻纵模的间隔，以致在小信号增益曲线满足震荡阈值条件的有效宽度内，只存在一个纵模，从而实现单纵模震荡。短腔选模条件可表达为 ( 式中，为由条件决定的震荡带宽。这一方法适用于荧光谱线较窄的激光器。 行波腔法 在均匀加宽工作物质组成的激光器中，虽然增益饱和