激光技术之模式选择.pptVIP

式中,α为入射角,n为析射率；β为棱镜的顶角；Φ为偏向角。定义棱镜的角色散率为，即波长每变化0.1nm时偏向角的变化量。将(5.3-1)式求导后代入，得(5.3-3)式中，dn/dλ表示不同材料的析射率对波长变化的导数。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(5.3-2)色散率的倒数为单位偏向角波长的变化量第31页，共50页，星期日，2025年，2月5日例如：用玻璃材料制成的棱镜和可见光波段来说，在θ≈1mrad时，能达到的Δλ≈1nm。这种棱镜色散法对一些激光器进行选择振荡是十分有效的。如氩离子激光器两条强工作谱线488nm和514.5nm就可采用此种色散进行选择。另一种色散腔是用一个反射光栅代替谐振腔的一个反射镜，如图5.3-2所示。第32页，共50页，星期日，2025年，2月5日式中，m＝1,2……为衍射级次。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(5.3-4)第33页，共50页，星期日，2025年，2月5日激光振荡的可能纵模数主要由工作物质的增益线宽Δν0和谐振腔的纵模间隔Δνq决定。而纵模间隔与腔长成反比，因此选择单纵模的方法之一是缩短谐振腔的长度Ｌ,以增大Δνq，使得在Δν0范围内只存在一个纵模，而其余的纵模都位于Δν0之外，如图5.3-3所示,此２.短腔法第34页，共50页，星期日，2025年，2月5日即所谓短腔法选纵模。如He-Ne激光器，当L=1m时，其纵模间隔=150MHz(设n=1)。因Δν0=1500MHz,若要求单纵模振荡就要求L=0.1m以下。故短腔法只适用于增益线宽图5.3.3短腔法选模原理较窄的激光器。由于腔长缩短，激光输出功率必然受到限制。因此在大功率单纵模输出的场合，此法不适用。第35页，共50页，星期日，2025年，2月5日第1页，共50页，星期日，2025年，2月5日提要基横模的选择单纵模的选择第2页，共50页，星期日，2025年，2月5日7.1概述要求激光方向性或单色性很好。要求对激光谐振腔的模式进行选择。模式选择技术可分为两大类:一类是横模选择技术;另一类是纵模选择技术。从激光原理可知,所谓横模,就是指在谐振腔的横截面内激光光场的分布。如图5.1-1所示的是几个低级横模的光场强度分布照片。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。第3页，共50页，星期日，2025年，2月5日不同横模的光场强度第4页，共50页，星期日，2025年，2月5日TEM00TEM10TEM20TEM30TEM00TEM10TEM20TEM30TEM40TEM50TEM21TEM22TEM01TEM02TEM03TEM00TEM10TEM20图7.1-1不同横模的光场强度第5页，共50页，星期日，2025年，2月5日反之，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。横模虽容易观察，但其产生原因较复杂，比如：不在轴上光束的加强干涉，工作物质的色散、散射效应及腔内光束的衍射效应等等，都对横模有影响。这里只就第一种原因作简单分析，认为在腔内光束除与腔轴严格平行外，有那些稍微偏离走“Z”字形的光束,虽经多次反射后,仍未偏出腔外，能符合2nLcosθ=kλ条件,因而在某一θ方向存在着加强干涉的波长,设以Z代表腔轴方向，垂直Z的截面为XY平面。这截面所产生的部分横模如图。第6页，共50页，星期日，2025年，2月5日标记TEMmn中TEM代表电磁横波，图上的标记符号，是从微波技术上接过来的，m代表x方向上的波节数,n代表y方向上波节数。以轴为基准,TEM00代表单模或名基模。TEM10代表m=1，n=0的模，余类推。相邻横模的波长差，随着具体的腔的结构及反射镜的调节不同颇不一致。另外，相邻横模的偏振方