激光原理與技術·原理部分第21講極限線寬、選模、穩頻技術21.1連續激光器極限線寬第三章曾經得到無源腔內的光強為：則光場振幅為：故光場為：上式表示的衰減振動將具有有限的譜線寬度：τR為腔內光子壽命，δ為無源腔單程損耗，L’為腔光學長度，Δνc為無源腔中本征模式的譜線寬度。21.1連續激光器極限線寬對有源腔，其單程凈損耗為：則線寬為：穩態工作時有，則理論上由于存在自發輻射，ΔνS不可能為0，由四能級系統速率方程有：al為分配到該模式上的自發輻射幾率：21.1連續激光器極限線寬穩定運行時：則：由于有自發輻射，單程損耗略大于單程增益，δS不為零。21.1連續激光器極限線寬輸出功率P0=Pst+Psp，Pst為受激輻射，Psp為分配到該模式的自發輻射功率，Psp<<Pst，如果除了輸出鏡的透過率外，其他損耗不計，則穩定工作時：21.1連續激光器極限線寬將以上得到的式子帶入到Δνs的表達式中可以求出：例：對于長度30cm，T=0.02，P0=1mW的He-Ne激光器，可以求出：這種線寬是由于自發輻射而產生的，無法排除，成為線寬極限，實際激光器中由于各種不穩定因素，縱模頻率漂移遠大于極限線寬；P0越大，極限線寬越窄，因為隨著P0增大，同一個模式內的相干光子數增加，受激輻射功率與自發輻射功率比之增大，因此線寬變窄；單程損耗δ下降或者諧振腔長度增加也會引起線寬下降；21.2模式選擇技術1、模式選擇的意義激光區別于普通光的特點在于功率高、單色性好、方向性好和相干性好，理想的激光輸出應為單橫模、單縱模輸出；實際的激光器總是工作再多橫模和多縱模狀態；橫模選擇及其意義模式階數越高，光強分布圖案越復雜，分布范圍越大，發散角越大；橫模階數越低，越有利于加工等有關應用；要選出單縱模，必須先選出單橫模；21.2模式選擇技術縱模選擇及其意義有一些應用，例如外差探測、全息照相技術、精密計量技術等對激光的頻率寬度有嚴格的要求，因此需要選出單縱模。2、橫模選擇技術橫模選擇的原則：必須盡量增大高階橫模與基模的衍射損耗比；必須盡量減少其它損耗，相對增大衍射損耗；21.2模式選擇技術橫模選擇技術小孔光闌選模聚焦光闌法21.2模式選擇技術3、縱模選擇技術短腔選模

當L減小時，Δνq增大，當增大到大于ΔνT后，就可以選出單縱模。F-P標準具法復合腔選縱模21.3穩頻技術激光器中Δν與ν的比值很小，即單色性很好，但頻率漂移較嚴重，穩頻就是用手段穩定ν，單縱模單橫模激光器中縱模頻率為：引起Δν的因素：激光管發熱、機械振動引起ΔL，溫度變化、介質中反轉集居數起伏，大氣氣壓、溫度變化等都回影響工作物質及腔暴露在大氣部分的折射率Δη：21.3穩頻技術定義頻率穩定性描述Laser的頻率穩定性；例：一個管壁材料為硬玻璃管的內腔式He-Ne激光器，當ΔT為±1℃時，由于腔長變化引起的頻率漂移已經超出增益曲線范圍，因此再不采取措施時有：穩頻有兩個含義：1、頻率的穩定性；2、頻率的復現性，即參考標準頻率νs本身的變化；21.3穩頻技術當ν=ν0時，對壓電陶瓷調整時，P0為最小值，因此不論腔長增大還是減小