新激光ppt课件第六章 激光器模式选择技术.pptVIP

* 教学理念 中心特色 中心成果 中心地位 中心案例 对外交流 6.1 概述 一、横模 二、纵模 Gth G 6.2 横模选择技术 一、横模选择原理 1.单横模运转的充分条件 谐振腔中不同横模具有不同的损耗是横模选择的物理基础。 r1、r2为两腔镜反射率，δ为单程损耗，Ｇ为单程 增益系数，工作物质长为Ｌ，则I0往返一次的光强 为 单横模运转的充分条件 该模式振荡条件 2. 充分条件的具体实现 若 横模鉴别力 高阶模与基模的衍射比 衍射损耗在总损耗中的比例 就必须 对称稳定腔的两个低次模的单程损能比 平-凹稳定腔的两个低次模的单程损能比 衍射损耗的大小及模鉴别力的高低与谐振腔的腔型 和菲涅尔数N有关. 由图可知: N 衍射损耗 ,但 鉴别力随之 3. 几种腔型的比较 对称共焦腔: g1=g2=0 半对称共焦腔: g1=0或g2=0 平行平面腔: g1=g2=1 共心腔: g1g2=1 由图可知:共焦、半共焦腔的 最大； 平面、共心腔的 最小； 那么是否共焦、半共焦腔就更容易实现单模振荡呢? 二、横模选择的方法 1.小孔光阑选择法 小孔光阑选模图 2.谐振腔参数g、N选择法 3.聚焦光阑选择法 聚焦光阑选模 4.非稳腔选模法 5.微调谐振腔法 6.3 纵模选择技术 一、纵模选择原理 纵模振荡数是由增益线宽和频率间隔决定的。 腔内望远镜法 纵模振荡数 纵模间隔 增益曲线高于阈值部分的线宽 一般谐振腔中不同纵模有着相同的损耗,但由于频率的差异而具有不同的小信号增益系数。因此,扩大和充分利用相邻纵模间的增益差,或人为引入损耗差是进行纵模选择的有效途径。 1.短腔法 二、纵模选择方法 L 单模存在 例 He-Ne激光器，L=1m， 若L=10cm， 2.行波腔法 环形行波腔激光器 3.选择性损耗法（F-P标准具法） 法布里-珀罗标准具法示意图 F-P标准具对不同的波长具有 不同的透过率 由于多光束干涉的结果，对于满足下列条件的光具有极高的透射率 能获得最大透射率的两个相 邻的频率间隔为 含法-泊标准具腔选模原理图 (a)小信号增益曲线，(b)谐振腔纵横谱； (c)法—泊标准透射率曲线 4.复合腔法（三反射镜法） 如图，激光器一端的反射镜被三块反射镜的组合所代替，其中M3和M4为全反射镜，M2是具有适当透射率的部分透射部分反射镜。这个组合相当于两个谐振腔的耦合 两个谐振腔的纵模频率间隔分别为：c/2?(L1+L2)和c/2?(L2+L3) 5.外腔半导体激光器选模法 如图为外腔半导体激光器选模装置,激光二极管(LD)的两个解理面M1、M2和外反射镜M3组成复合腔,适当选择M2及M3的反射率并调节M3的位置可选出单长腔模。 6.4 模式测量方法 一、直接观测法 二、光点扫描法 激光器 激光 产生 投射 转镜 反射 光电 探测器 电子 线路放大 示波器 7.1 概述 一、频率的稳定性和复现性 1.稳定度是指激光器在连续运转时在一定的观测时间τ内频率的平均值与该时间内频率的变化量Δν之比 2.复现性是激光器在不同地点、时间、环境下稳定频率的偏差量与它们平均频率的比值. 习惯上稳定度的量度用 稳定度 短期稳定度 长期稳定度 二、影响激光频率稳定的因素 式中：νm为原子跃迁谱线频率； νc为谐振腔谐振频率； Δνm为原子跃迁谱线宽度； 　　　Δνc为谐振腔谱线宽度； 为频率牵引系数（一般很小）。 激光频率稳定主要取决于腔谐振频率的稳定性。 腔谐振频率为： 当L的变化为?L，n的变化为?n时，引起的频率相对变化为： 频率稳定 腔长和折射率稳定 1. 腔长变化的影响 (1) 温度变化：一般选用热膨胀系数小的材料做为谐振腔的的支架 (2) 机械振动：采取减震措施 2. 折射率变化的影响 (1)内腔激光器: 温度T、气压P、湿度h的变化很小，可以忽略 (2)外腔和半内腔激光器: 腔的一部分处于大气之中，温度T、气压P、湿度h的变化较放电管内显著。应尽量减小暴露于大气的部分，同时还要屏蔽通风以减小T 、 P、 h的脉动。 三、激光器稳频方法 1. 被动式稳频 利用热膨胀系数低的材料制做谐振腔的间隔器；或用膨胀系数为负值的材料和膨胀系数为正值的材料按一定长度配合 把单频激光器的频率与某个稳定的参考频率相比较，当振荡频率偏离参考频率时，鉴别器就产生一个正比于偏离量的误差信号。 2. 主动式稳频