光学课程教学电子教案第八章激光基础.ppt

光波在光学谐振腔内形成稳定振荡的条件：满足相长干涉条件，形成驻波。 (1) 纵模 纵模：光场沿谐振腔纵向传播的不同振动模式——不同频率的驻波。 ， j=1, 2, 3, ··· (8.2-8) L: 为腔长；n：激活介质的折射率；j：腔内的波腹数。 (8.2-9) (8.2-10) 8.2 激光的产生与激光器 8 激光基础 8.2.5 激光的纵模和横模 谐振腔满足驻波条件的频率成分： 纵模间隔： 图8.2-5 激光的纵模 n0 -Dn/2 n Dn/2 DnL (8.2-11) 说明：由驻波条件确定的频率只是谐振腔允许的谐振频率，其中只有落在增益介质辐射线宽内，并同时满足阈值条件的那些谐振频率，才能形成稳定的激光。 激光器输出的频率个数（纵模数）： 8.2.5 激光的纵模和横模 8.2 激光的产生与激光器 8 激光基础 横模：谐振腔内光场沿横向的稳定分布。 意义：激光束在腔内往返一个来回后能够再现其自身的一种光场分布状态，一般用TEMmn表示模式（m，n：光斑沿x和y方向出现的暗区数目） 分类：轴对称模，旋转对称模。 说明：为获得高质量光束，实验中一般希望激光器工作在单模输出状态。 (2) 横模 图8.2-6 激光的横模 TEM00 TEM20 TEM03 TEM11 TEM10 TEM01 8.2.5 激光的纵模和横模 8.2 激光的产生与激光器 8 激光基础 (1) 固体激光器（红宝石、YAG） 8.2 激光的产生与激光器 8 激光基础 8.2.6 几种典型的激光器 典型的固体激光器：红宝石激光器（694.3nm），钕（Nd）玻璃激光器（1064nm），掺钕钇铝石榴石（YAG:Nd）激光器（1064nm），钛宝石（Al2O3:Ti）激光器（660-1180nm） 结构特点：器件小、坚固、使用方便、输出功率（能量）大 连续工作方式：输出功率可达100W以上 增益介质：均匀掺入少量激活离子的晶体或玻璃 脉冲工作方式：峰值功率可达109W以上 红宝石激光器：增益介质——红宝石棒（Al2O3:Cr晶体），典型的三能级粒子体系，辐射波长为694.3nm，脉冲高压氙灯泵浦。 红宝石激光器的发明者——梅曼 第一台红宝石激光器的结构图 8.2.6 几种典型的激光器 8.2 激光的产生与激光器 8 激光基础 (2) 气体激光器 典型的气体激光器：氦氖（He-Ne）激光器，氩离子激光器，二氧化碳（CO2）激光器，氦镉（He-Cd）激光器，铜蒸气激光器，氮分子激光器，准分子激光器 结构特点：结构简单，造价低，操作方便，能长时间较稳定地连续工作，并且输出光束的方向性好、单色性好 泵浦方式：较多的为气体放电，也可以化学泵浦、热泵浦 增益介质：气体或金属蒸气 8.2.6 几种典型的激光器 8.2 激光的产生与激光器 8 激光基础 最早研制成功的，也是最常用的一种中性原子气体激光器。最强的输出波长为632.8nm、1.15nm和3.39nm。 ① 氦氖（He-Ne）激光器 贝尔实验室的A. Javan, W. Bennett和 D. Herriott 在调试世界上第一台输出1.15微米连续光束的 He-Ne激光器（1960年）。 8.2.6 几种典型的激光器 8.2 激光的产生与激光器 8 激光基础 缺点：内腔式激光管较短，输出功率较小。 图8.2-7 内腔式氦氖激光管结构 出光端 毛细管 阳极 阴极 部分反射镜 全反射镜 8.2.6 几种典型的激光器 8.2 激光的产生与激光器 8 激光基础 结构特点：毛细管与谐振腔的两个腔镜封装在一起，并且在出厂时已调节至最佳出光状态，输出功率相对稳定，使用时无须再进行调节。 a. 内腔式氦-氖激光器 缺点：使用时往往需要调节反射镜的方位并擦拭反射镜和布儒斯特窗，以获得最佳激光输出。 半外腔式氦氖激光管结构 布儒斯特窗 毛细管 阳极 阴极 部分反射镜 全反射镜 布儒斯特窗 8.2.6 几种典型的激光器 8.2 激光的产生与激光器 8 激光基础 结构特点：毛细管与腔镜分离，因而可在毛细管的两端或一端加上布儒斯特窗，以获得平面偏振激光输出，并且激光管可以做得较长，输出功率也较大。 b. 外腔式氦-氖激光器 半外腔式氦氖激光管结构 布儒斯特窗 毛细管 阳极 阴极 部分反射镜 全反射镜 8.2.6 几种典型的激光器 8.2 激光的产生与激光器 8 激光基础 结构特点：毛细管的一端与反射镜封装，另一端与反射镜分离，并加布儒斯特窗。 c. 半外腔式氦-氖激光器 ② 氩离子激光器：离子气体激光器，激活介质为Ar+离子，主要输出波长488.1nm和514.5nm。 ③ 二氧化碳（CO2）激光器：分子气体激光器，激活介质为CO2分子，主要输出波长10.6mm。 ④ 氦镉（H