第一章 激光的原理及技术基础（参考）.pptVIP

平行平面腔 R1=∞，R2=∞ M1 M2 R1 R2 平行平面腔，通过公共中心的光线?稳定 不通过公共中心的光线?不稳定 3、光线在平行平面腔内的行为 临界腔 谐振腔几何参数示意图 、 谐振腔的结构由其几何参数所决定。 令： 当凹面镜向着腔内时， R取正值； 当凸面镜向着腔内时， R取负值。 二、腔的稳定条件 只适用于简单的共轴球面镜腔(直腔) 非稳腔 稳定腔 临界腔 由几何光学方法可以证得谐振腔的稳定条件为： 其中 注意：非稳腔仅指其损耗大，它也能稳定工作 0J1J21 J1=1-L/R1 J2=1-L/R2 因为：R1=∞,R2=∞ 所以：J1=1-L/R1=1，J2=1-L/R2=1 得到：J1J2=1 例1. 平行平面腔：由两个平面镜按照任意间距组成。 临界腔 例2. 平凸型腔：由一个平面镜和一个凸面镜按照 任意间距组成。 任何平凸腔都是非稳腔 R1 P1 L M2 M1 J1=1-L/R11 J2=1-L/R2=1 J1J21 非稳腔 R10 R2=∞ 例3. 双凸腔：由两个凸面镜按照任意间距组成。 任何双凸腔都是非稳腔 非稳腔 M1 M2 P1 P2 r1L r2L L a2 a1 双凸腔中光线传输路径 R2 R1 由 R10，R20 所以 J11，J21 得到 J1J21 例4. 平凹腔：由一个平面镜和一个凹面镜按照任意间距组成。 由于R1=∞,R20 所以J1=1，J21 J1J2肯定小于1 稳定腔：J1J20 J20 R2L 非稳腔：J1J20 J20 R2L 临界腔：J1J2=0 J2=0 R2=L 例5. 双凹腔：由两个凹面镜按照任意间距组成。 由于R10,R20 所以J11，J21 谐振腔几何参数示意图 稳定腔条件： R1L，R2L 或者 R1L，R2L，R1+R2L 非稳腔条件： R1L，R2L 或者 R1L，R2L 或者 R1+R2L 临界腔条件： R1=L 或者 R2=L 或者 R1=R2=L/2 例6. 凹凸腔：由一个凹面镜和一个凸面镜按照任意间距组成。 由于R10,R20 所以J11，J21 稳定腔条件： R1L，R1+R2L 非稳腔条件： R1L，R1+R2L 临界腔条件： R1=L 或者 R1+R2=L 凹凸腔 三、谐振腔稳定图 例如：稳定腔，已知R1=2L，求R2的取值范围 可用来确定腔长和镜面的曲率半径的取值范围 1.5 激光振荡模式 光学谐振腔除了提供正反馈维持激光持续振荡以形成受激辐射外，还对振荡光束的方向和频率进行限制，以保证激光的高方向性和单色性 振荡模式讨论的就是振荡频率和场强分布的问题。光波在谐振腔中的振荡不仅决定了激光的频率和谱线宽度，还决定了激光的场强分布（纵向和横向的场强分布）。 一、激光的纵模 定义：纵模是指沿谐振腔轴向的稳定光波振荡模式，对激光的输出频率影响较大，能够大大提高激光的相干性，因此常常把激光器纵模的选取称为激光的选频技术。 以气体放电管作为工作介质为例，通常它所发射的光波的频率宽度比较大。如果把放电管放在光学谐振腔内，经过谐振腔的选频，可使它所发射的光波的频率宽度变窄。 1.5 激光振荡模式 谐振腔内每一个允许的频率值，在腔内形成一列驻波。每列驻波代表腔内光场沿纵轴的一种分布，习惯上称它为一个模式，或叫一个纵模。腔内如果只有一种光场分布，称单纵模，否则称多纵模。 光在谐振腔内来回反射，相干叠加，只有形成驻波的光才能振荡 全反射镜 部分反射镜 腔长L q=1,2,3……… 工作介质的折射率η 波长为 振荡纵模（频率）为 1.5 激光振荡模式 两个谐振频率间隔差 若已经光束的谱线宽度为△υF 辐射线宽内的纵模个数为 { N≤1，单纵模 N1，多纵模 1.5 激光振荡模式 例如：对于腔长为10cm的He-Ne激光器，它所发射的光束波长为0.6328μm处的谱线宽度为 △υF=1.5×109Hz，问腔中有多少纵模？ 若同样条件下，腔长为30cm呢？ 影响纵模的因素： 1.腔长L。腔长越长，两个谐振频率间隔差越小，纵模数越多 2.光束本身线谱宽度△υF。线谱宽度越宽，纵模越多 二、激光的横模 定义：在激光器谐振腔中，把垂直于传播方向上某一横截面上的稳定场分布称为横模，即横截面上光强的分布。 激光器的谐振腔两反射面及工作物质端面都是理想平面，就不会有除了基模以外的其它横模输出。这种情况下只有一个以工作物质直径为直径的基模输出。 反射面和端面都不可能是理想平面，导致腔内经过工作物质、与基模方向略有差异的某些光也可能