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第七章激光器特性的控制与改善

模式选择、稳频及注入锁定技术：改善激光器输出光的

时间相性或空间相干性。

Q调制、锁模：获得窄脉冲顶峰值功率的激光束。

本章介绍以上控制与改善激光器特性的各种技术的原

理及其理论。

7.1模式选择7.2频率稳定

7.3Q调制7.4注入锁定

7.5锁模

模的根本特征主要包括：

1、电磁场空间分布E(x,y,z)，包括腔的横截面内的场

分布〔横模〕和纵向场分布〔纵模〕；

2、谐振频率；

3、在腔内往返一次经受的相对功率损耗；

4、每一个模的激光束发散角。

腔的参数唯一确定模的根本特征。

腔的模式也就是腔内可能区分的光子状态。

横模:在谐振腔的横截面内激光光场的分布.

横模阶数越高,光强分布就越复杂

且分布范围越大,因而其光束发散角越大。

图7.1-1不同横模的光场强度

1.基模(TEM00)的光强分布图案呈圆形且分布范围很小,其光束发散角

最小,功率密度最大，因此亮度也最高，径向强度分布是均匀的。

2.经过选模之后，输出功率可能有所降低,但由于发散度的改善，其亮

度可提高几个数量级,横模选择技术是使激光发散角小。

7.1横模选择技术

一.横模选择原理

一台激光器的谐振腔中可能有假设干个稳定的振荡模，只要某一

种模的单程增益大于其单程损耗，即满足激光振荡条件，该模式

就有可能被激发而起振。设谐振腔两端反射镜的反射率分别为r1、

r2，单程损耗为δ，单程增益系数为G，激光工作物质长度为L，

那么初始光强为I0的某个横模(TEMmn)的光在谐振腔内经过一次

往返后，由于增益和损耗两种因素的影响，其光强变为:

阈值条件为I≥I即I/I≥1

00

由此得出rr(1-)2exp(2GL)≥1

12

下面考察两个最低阶次的横模TEM00和TEM10模的情

况，认为激活介质对各横模的增益系数相同，当同时满

足以下两个不等式：

＞1

＜1

激光器即可实现单横模(TEM)运转。

00

谐振腔存在两种不同性质的损耗，一种是与横模阶数无关的损耗；另一

种那么是与横模阶数密切相关的衍射损耗，在稳定腔中，基模的衍射损耗最

小，随着横模阶数的增高，其衍射损耗也逐渐增大。

|g|=|1-L/R|

100

22

N=α/(λL)，(a)TEM00模N=α/(λL)，(b)TEM10模

图5.2-1不同构形对称谐振腔的衍射损耗随N的变化

由图可见，在菲涅耳数N值相同的情况下,对称稳定腔的衍射损耗

随|g|的减小而降低。谐振腔对不同阶横模有不同衍射损耗的性能

是实现横模选择的理论根底。

其一，衍射损耗在模的总损耗中必须占有重要地位。

其二，横模选择除了考虑各横模衍射损耗的绝对值大小之外，还应考

虑横模的鉴别能力：即δ10／δ00比值大。

横模的鉴别力随N

的增加而变大，但

衍射损耗随N的增

加而减小;N要选择

适当(折中一下：

一般0.