模式選擇技術講解主要內容

5、1概述

5、3縱模選擇技術

5、4模式測量

5、2橫模選擇技術

5、1概述選模得目得:1、減少激光得模式數2、改善激光得方向性3、提高單色性。

5、1概述激光器得模式:

模式:在腔內可能存在得穩定光場得本征態-模式。(本征態就是指聚合物未經任何物質摻雜)量子理論:可能區分得光子態。量子電動理論:電磁場得可能區分得量子態。腔內:縱模與橫模

5、1概述橫模:在腔中垂直腔軸方向得電磁場得本征態改善激光得方向性5、1概述縱模:沿諧振腔軸線方向上得激光廣場(電磁場)分布。改善激光得單色性。橫模橫模:腔內電磁場在垂直于其傳播方向z得橫向x-y面內存在得穩定場分布激光得模式表示:TEMmnTEM:橫向電磁場;m、n:橫模得序數m=n=0得模式(TEM00)稱為基模,光斑最簡單得結構不同得橫模,光場分布不同,光束得發散角不同基橫模為什么要選出基橫模？基橫模特點:1、光強就是高斯形2、發散角最小隨著橫模序數得增加:1、光場得范圍加大2、分布不均勻3、發散角越來越大。為什么要選出基橫模一般激光器中有很多模式振蕩,實際得光場分布就是復合模。為了改善激光得方向性,必須選出基橫模。不同橫模得光場強度分布改善激光方向性、提高單色性為什么要改善激光方向性、提高單色性？從實際應用需求來瞧:1、激光打孔2、激光全息橫模得形成橫模得選擇基本原理:不同橫模得衍射損耗不同腔得總損耗:δ=δd+δi激光振蕩得條件就是

G>δ(單程增益大于單程損耗)橫模得選擇要選出基橫模而使其她高階模不能振蕩兩條原則:①高階模與基橫模得衍射損耗之比要大,δ10/δ00大,即增大橫模間得衍射損耗差別。(δ10要大)②衍射損耗與總損耗之比δd/δ要大,即總損耗主要由衍射損耗決定。影響衍射損耗得因素衍射損耗得大小就是選橫模得關鍵,衍射損耗與哪些因素有關？(1)與腔型,即g參數有關,不同腔型,衍射損耗不同;g=1-L/Ra、穩定腔b、準穩腔c、非穩腔

影響衍射損耗得因素(2)與模序數有關,同一腔型不同橫模,衍射損耗不同TEM00模δ00最小,隨著模序數增加,δd增大影響衍射損耗得因素(3)與菲涅耳數(N=a2/(L))有關,同一腔型不同N,衍射損耗不同影響衍射損耗得因素1、g、N一定時δ10<δ002、N一定時,gδ00δ103、g一定時,Nδ00δ10

橫模得選擇理論

不同對稱腔得δ10/δ00值與N得關系

橫模得選擇理論橫模得選擇方法1、諧振腔參數g

與Ｎ得選擇法2、小孔光闌法選模3、腔內插入透鏡選橫模4、非穩腔得選模諧振腔參數g

與Ｎ得選擇法小孔光闌法選模在諧振腔中加一小孔光欄原理方法腔內插入透鏡選橫模聚焦光欄法:透鏡+小孔光欄原理腔內插入透鏡選橫模改進:正+負透鏡=望遠鏡非穩腔得選模什么就是非穩腔？特點5、3縱模選擇技術一縱模選擇原理二縱模選擇方法一縱模選擇原理

(1)實現單縱模選擇得過程:

減少熒光譜線選出基模

縱模選擇

振蕩得縱模數:(2)縱模選擇得基本思想二縱模選擇方法特點:只能選出具有一定寬度得譜線,不能選出單一得頻率。1色散腔粗選頻率方法:利用腔鏡反射膜得光譜特性或在腔內插入棱鏡或光柵等色散元件,不同波長得光束在空間分離,然后設法僅使較窄波長區域內得光束在腔內形成振蕩。

圖5、3-1所示就是腔內插入色散棱鏡得粗選裝置圖。AccTBCDO圖5.3-1色散棱鏡粗選原理示意圖α1=α2=αφ設腔內之光束所允許得發散角為θ,則由于色散棱鏡得分光作用,腔內激光波長所能允許得最小波長分離范圍為

另一種色散腔就是用一個反射光柵代替諧振腔得一個反射鏡,如下圖所示:設腔內之光束所允許得發散角為θ,則光柵色散所能允許得最小分離波長范圍就是:

2tanθ0θ2F-P標準具法(1)F-P標準具得原理F-P對不同波長得光束具有不同得透過率:

相鄰兩透過率極大值得間隔(自由光譜區)為:除最大透過率外,其她頻率處得透過率與R有關—透過率曲線特點:R越大,峰越細銳透射峰頻率間隔相等(2)選模

法線C/(2nL)腔諧振頻率C/(2nL)腔諧振頻率C/(2nd)腔諧振頻率單振蕩頻率上圖所示為F-P標準具法選縱模優點:在于標準具平行平面板間得厚度可以做得很薄,由于腔長沒有縮短,輸出功率仍可很大。固體激光器增益線寬較寬,L大使縱模間隔小,精細度受工藝限制,需用雙標準器選模。氣體激光器增益線寬較窄,一個標準具即可;3復合腔法

原理:用一個反射干涉儀系統取代諧振腔中得一個反射鏡,則其組合反射率就是光波長(頻率)得函數。

特點:組合反射率R隨頻率做周期性變化,在某些特定頻率處R具有極大值。極大值之間得頻率間隔就是可以通過調整復合腔長來改變得。(1)邁克耳孫干涉儀式復合腔復合腔得頻率間隔為:適當選擇l1及l2,可以使復合腔得頻率間隔足夠大,即兩相鄰縱模間隔足夠大,與增益線寬相比擬時,即可實現單縱模運轉。

(2)福克斯-史密斯(Fox-Smith)干涉儀復合腔復合腔得兩相鄰得頻率間隔為:選擇適當得l1及l2,使與增益線寬相比擬時,即可獲得單縱模輸出。5、4模式測量方法

一直接觀測法二光點掃描法三掃描干涉儀法四F-P照相法

一、直接觀測法不同得橫模光場分布不同。對于連續得可見光波段得中、小功率激光器,這種方法比較適用;中等功率得激光采用燒蝕法觀測。中小功率得紅外激光器,還可用變像管或CCD攝像機觀測橫模。變像管結構示意圖二、光點掃描法利用光點掃描記錄出光強分布曲線,從曲線上找出對應得橫模。適用于連續激光器得橫模測量。圖所示為光點掃描法裝備某些模得光強分布與對應得模式圖樣掃描干涉儀主要由一個無源腔構成,腔得諧振頻率:

下圖為掃描干涉儀測橫模原理圖:三、掃描干涉儀法四、F-P照相法F-P照相法來觀測脈沖激光。

F-P照相法原理圖F-P標準具得透過率為:投射最強時:T(λ)=12ndcosθ=mλm=0,±1,±2,、、、、、、、