单模激光器的线宽由那些因素决定详解.pptVIP

第 12 讲 单模激光器的线宽由那些因素决定 无源腔线宽 有源腔线宽 单模激光器的线宽极限 自发辐射对单模输出线宽的影响 单模激光器输出线宽极限的估算 稳频激光器 兰姆凹陷 饱和吸收 习题课 §5.5 单模激光器的线宽极限 单色性～时间相干性（频率特性） ? 多模激光器谱宽 单模激光器线宽 测量谱宽的方法：光谱仪 （分辨率：0.02nm－GHz）； 扫描干涉仪 （MHz） 自差拍 （KHz） 一、无源腔线宽－谐振腔模本征线宽 无源腔 (g=0－吸收与发射的光子数相等 ) 光在无源腔中的传播时的光强变化 举例：He-Ne 激光器 L=30cm，r1＝1，r2 ＝0.98 … … … … 无源腔线宽由无源腔内的光子寿命决定 二、有源腔（激光谐振腔）线宽 （g 0) 仅从光子寿命出发来讨论 ？ 受激辐射 自发辐射 ＋ ＝ 损 耗 相干 非相干 ? 由于自发辐射存在，有源腔的净损耗不为0。 自发辐射为非相干光，随机相位，导致相干辐射的激光为略有衰减的有限波列。 ? 有源腔的线宽决定于净损耗 由于振荡过程中始终存在自发辐射，激光线宽不可能为0 有源腔线宽小于无源腔线宽 稳定振荡 2. 求 al , Nl 有源腔净损耗不为0，这部分损耗是由自发辐射补偿的 三、Dns 的估算 ( 四能级，单模， L＝ l） －分配该模式中的自发辐射几率 = 1. 求ds 代入 5.5.8 举例：He-Ne 632.8nm L=30cm T=0.02, P0=1mw Dnc=1.6×106 Hz Dns= 6×10-3 Hz n2t /Dn2t=1 Nl ,al 代入 (5-5-8) (5-5-3) 3. 单模激光器的（理论）线宽极限 四、实际激光器输出激光的线宽 远远超出极限线宽许多量级 原因：温度及其它因素引起的频率漂移 氦氖激光器（玻壳）0.01oC ? 1MHz； 固体激光器 ??? ?o 漂移 小结： 1) 单模激光器线宽极限的物理原因：自发辐射，噪声 2) DnsDnc P0 ? ? ??s ? 腔内相干辐射光子增多，受激辐射在 Pout占更大比例 总光子数 w21 A21 模式数 总光子数 模式数 He-Ne 小结：(续） 4) ??s ? (Dnc)2 : ? ? ? ??c ? ? ??s? ; L????c ? ? ??s? 外腔半导体激光器 5) 单模激光器实际线宽取决于频率稳定性 LD §7.2 稳频激光器 一、外界因素对频率稳定性的影响 纵模频率： 频率稳定性： 谐振腔几何长度变化：温度、振动 10-3/oC 折射率变化：温度，D?起伏（放电电流、驱动电 流等），气压、湿度 单模氦氖激光器频率稳定性：10-4-10-5 Dn=1010Hz 采取恒温、防震、隔声、稳压、稳流措施：10-7 二、稳频基本原理：－稳定谐振腔光学长度 选择标准参考频率 ? 获取误差信号 驱动电子伺服系统自动调节腔长 三、稳频方法 ?*兰姆凹陷 ?*饱和吸收 ? 塞曼吸收 ? F-P标准具 稳频系统 光 电 接 收 频率稳定性：10-9 nn0 同相 nn0 反相 n=n0 2f nn0 同相 nn0 反相 压电陶瓷：改变腔长 直流: 调节激光器输出频率 交流信号: 有哪些信誉好的足球投注网站信号， 判断 +,- 正向电压 外(+)，内(-) 反向电压 外(-)，内(+) nn0 同相 反向 压电陶瓷? ? 腔长???q? 拉回n0 nn0 反相 正向 压电陶瓷? ? 腔长???q? 拉回n0 n=n0 2f 0 电压 压电陶瓷不变 n= n0 频率复现性差 10-7 ? 要求兰姆凹陷对称, 窄且深 ? 饱和吸收稳频－反兰姆凹陷 压电陶瓷 吸收管内充气压: 1~10 Pa 多普勒加宽为主 低压气体