第4章 激光的基本技术(1).pptVIP

第4章 激光的基本技术(1) 4.1 激光器输出的选模 4.2 激光器的稳频 4.1 激光器输出的选模 目的：改善激光的方向性，提高单色性。 目标：选出基横模，单纵模－空间相干性，时间相干性 纵模：对频率影响较大，提高激光相干性 ——选频 横模：主要影响输出光强均匀性，随着横模序数的增加，光场的范围加大，分布不均匀，发散角越来越大。为了改善激光的方向性，必须选出基横模。 ——选模 改善激光的方向性，提高单色性是实际应用的要求。 ①激光打孔。②激光全息、精密干涉计量要求单色性好。 4.1.1 激光单纵模的选取 1、均匀增宽型谱线的纵模竞争 (1) 当强度很大的光通过均匀增宽型介质时粒子数反转分布值下降，增益系数相应下降，但光谱的线型并不改变。 (2) 多纵模情况下，随着光强的增加，增益系数较小的模都被抑制掉，只有q模的光强继续增长，最后变为棕色曲线的情形。 (3)此时激光器的内部只剩下q纵模的振荡。这种现象叫做“纵模的竞争”，竞争的结果总是最靠近谱线中心频率 的那个纵模被保持下来。 (4)结论：一般情况下，均匀加宽稳态激 光器的输出应是单纵模。 驻波腔多普勒加宽气体激光器中, 频率为?1的振荡模在增益曲线上烧两个孔, 这两个孔对称分布在中心频率的两侧。 只要纵模间隔烧孔宽度，则某一个纵模的振荡不会影响另一个纵模的增益系数。 选单纵模即是选出单一的纵模频率，单色性好。 在多横模的腔中，光的频率很复杂，各频率间隔小，在增益线宽中振荡的频率多，从中选出单个频率很困难，因此在选纵模之前先选横模-基模。 激光介质的谱线常常不止一条，在选单一频率之前，如果先使激光处在较窄的谱线范围内,对选纵模有利。 色散腔粗选频率原理：在腔中加入一色散元件，使不同波长的光发生分离，其中只有较窄波长范围的光振荡，其他波长的光偏离腔外。选出一条谱线,谱线的宽度可以达到10nm。 色散元件: 棱镜，光栅 ①棱镜:光通过棱镜时，不同的光出射角不同，则损耗不同，能够振荡的光只有一范围 。 设腔内之光束所允许的发散角为θ，则由于色散棱镜的分光作用，腔内激光波长所能允许的最小波长分离范围为： 式中：角色散率 最大偏离角 棱镜的顶角β ②光栅 用一个反射光栅代替谐振腔的一个反射镜 设d为光栅栅距(光栅常数)，α1为光线在光栅上的入射角，α2为光线在光栅上的反射角，则形成光栅衍射主极大值的条件是 特点：上述两种色散腔粗选法只能选出具有一定宽度的谱线，在该条谱线的荧光线宽范围内，还存在着频率间隔为 　　 △ν=C/(2μL)的一系列分立的振荡频率，即多个纵模。要选出单一的频率，就要采取如下的一些原则和方法。 缺点：腔长受到限制，从而限制输出功率； 当谱线荧光宽度很宽时，势必使腔长缩到很短。 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 这相当于两个谐振腔的耦合，一个是由M1、M3组成，其腔长为L1+L2；另一个由M3、M4组成，其腔长为L2+L3， 两个谐振腔的纵模频率间隔分别为： c/2?(L1+L2)和c/2?(L2+L3) 只有同时满足两个谐振条件的光才能形成振荡，故适当选择L1及L3，可以使复合腔的频率间隔足够大，即两相邻纵模间隔与增益线宽相比拟时，即可实现单纵模运转。 1、横模选取原则：加大基模和高阶横模损耗的差别，使高阶横模的损耗大于增益不能振荡，而基模满足阈值条件，保存下来，达到选出基横模的目的。 ①TEM10模的衍射损耗δ10要大。（绝对值大） ②必须尽量增大TEM10 和TEM00 模衍射损耗的比值δ10/δ00（相对值大，鉴别能力强） 2.影响衍射损耗的因素 ①与腔型和g参数有关，不同的腔型和g，衍射损耗不同。 ②同一种腔型，不同横模，