高等激光技术7PPT.pptVIP

2、光学谐振腔质量指标 1、限模能力的大小—相邻两个模之间损耗差异之大小； 2、模体积---某个模的光束在谐振腔中所占体积之大小； 3、模损耗（模损耗绝对值）之大小； 4、腔镜调整精度之大小 第三节、光学谐振腔的稳定性条件 光学谐振腔的几何光学分析 采用光束传输变换矩阵的方法 菲涅耳数很大(衍射损耗小) ＞100 以双球面镜腔为例 光线传输矩阵 1 L M(L)= 自由空间 0 1 1 0 M(f) = 薄透镜 -1/f 1 1 0 M(R)= 球面全反射镜 -2/R 1 腔内光线往返一次后的光线传播矩阵 x5 A B x1 x 1 x 1 = = M =M(R1)M(L)M(R2)M(L ) θ5 C D θ1 θ1 θ1 谐振腔稳定性条件 如果激光束在共轴球面腔内经多次反射后，其位置仍“紧靠”光轴，那么该光学谐振腔是稳定的； 如果光束从腔内“逸出”反射镜之外，即横向逸出腔外, 那么该光学谐振腔是不稳定的。 腔内光线往返n次后的传播矩阵方程为： (利用了矩阵理论中的薛尔凡斯特Sylvester定理) n 对于稳定的序列，光束是有界的，即，当传输矩阵“Mn”的矩阵元为有限的实数时，近轴光线在腔内往返进行无限次后，不会横向逸出腔外，要求矩阵元为实数，则要求θ为实数。对于不稳定序列，方程中的三角函数变成双曲线函数，这表明光束通过序列时将越来越发散，光束是无界的，因此，稳定性条件是: 引入两因子来表示谐振腔的几何参数 0 g1g21 此式称为共轴球面腔的稳定性条件。 式中当凹面镜向着腔内时，R为正值；而当凸面镜向着腔内时R取负值。 如果g1g21或g1g20 则为非稳定腔；g1g2=1或g1g2=0 为临界腔（介稳腔）。 上述的稳定性条件 0 g1g21 只是双镜腔的结果. 对于多镜腔,则要从腔内光线往返传输矩阵来推导. 不同的腔型,腔内光线往返传输矩阵是不同的. 第四节、光学谐振腔的衍射理论要点 自再现模 +惠更斯-菲涅耳原理(菲涅耳-基尔霍夫公式)+光学谐振腔 光学谐振腔的自洽衍射积分方程 腔镜M1上的光场分布，到达镜M2时，由于衍射效应，要经历一次能量的损耗和场分布的变化，中间能量损失小，镜边缘损失大，每渡越一次，都会发生类似的能量损耗和场分布变化。多次往返后，从而逐渐形成中间强、边缘弱的基本不受衍射影响的相对稳态的场分布，该相对稳态的场分布一个往返后可“自再现”出发时的场分布，唯一变化是镜面上各点的场振幅按同样的比例衰减，各点相位发生同样大小的滞后。该稳定场形成过程就叫做腔模的自再现，形成的模式叫做自再现模。 自再现模是多次衍射的结果，与初始波形无关，但不同的初始波形最终形成的场分布不同，而自发辐射可提供不同的初始波形,因此决定了自再现模的多样性。每经过一次衍射，光束横截面上各点的相位关联度变增加一次，则由于经过足够多次衍射的作用后，光束横截面上各点的相位关联越来越紧密，从而使光的空间相干性变强。在无源开腔中，自再现模的形成过程和场的空间相干性的增强过程，都不可避免地伴随着初始入射波能量的衰减，不足以形成激光。在激活腔中，只要某一自再现模能满足阈值条件，则该模在腔内就可以形成自激振荡。自再现模的形成