模式选择技术讲解

模式选择技术讲解主要内容

5、1概述

5、3纵模选择技术

5、4模式测量

5、2横模选择技术

5、1概述选模得目得:1、减少激光得模式数2、改善激光得方向性3、提高单色性。

5、1概述激光器得模式:

模式:在腔内可能存在得稳定光场得本征态-模式。(本征态就是指聚合物未经任何物质掺杂)量子理论:可能区分得光子态。量子电动理论:电磁场得可能区分得量子态。腔内:纵模与横模

5、1概述横模:在腔中垂直腔轴方向得电磁场得本征态改善激光得方向性5、1概述纵模:沿谐振腔轴线方向上得激光广场(电磁场)分布。改善激光得单色性。横模横模:腔内电磁场在垂直于其传播方向z得横向x-y面内存在得稳定场分布激光得模式表示:TEMmnTEM:横向电磁场;m、n:横模得序数m=n=0得模式(TEM00)称为基模,光斑最简单得结构不同得横模,光场分布不同,光束得发散角不同基横模为什么要选出基横模？基横模特点:1、光强就是高斯形2、发散角最小随着横模序数得增加:1、光场得范围加大2、分布不均匀3、发散角越来越大。为什么要选出基横模一般激光器中有很多模式振荡,实际得光场分布就是复合模。为了改善激光得方向性,必须选出基横模。不同横模得光场强度分布改善激光方向性、提高单色性为什么要改善激光方向性、提高单色性？从实际应用需求来瞧:1、激光打孔2、激光全息横模得形成横模得选择基本原理:不同横模得衍射损耗不同腔得总损耗:δ=δd+δi激光振荡得条件就是

G>δ(单程增益大于单程损耗)横模得选择要选出基横模而使其她高阶模不能振荡两条原则:①高阶模与基横模得衍射损耗之比要大,δ10/δ00大,即增大横模间得衍射损耗差别。(δ10要大)②衍射损耗与总损耗之比δd/δ要大,即总损耗主要由衍射损耗决定。影响衍射损耗得因素衍射损耗得大小就是选横模得关键,衍射损耗与哪些因素有关？(1)与腔型,即g参数有关,不同腔型,衍射损耗不同;g=1-L/Ra、稳定腔b、准稳腔c、非稳腔

影响衍射损耗得因素(2)与模序数有关,同一腔型不同横模,衍射损耗不同TEM00模δ00最小,随着模序数增加,δd增大影响衍射损耗得因素(3)与菲涅耳数(N=a2/(L))有关,同一腔型不同N,衍射损耗不同影响衍射损耗得因素1、g、N一定时δ10<δ002、N一定时,gδ00δ103、g一定时,Nδ00δ10

横模得选择理论

不同对称腔得δ10/δ00值与N得关系

横模得选择理论横模得选择方法1、谐振腔参数g

与Ｎ得选择法2、小孔光阑法选模3、腔内插入透镜选横模4、非稳腔得选模谐振腔参数g

与Ｎ得选择法小孔光阑法选模在谐振腔中加一小孔光栏原理方法腔内插入透镜选横模聚焦光栏法:透镜+小孔光栏原理腔内插入透镜选横模改进:正+负透镜=望远镜非稳腔得选模什么就是非稳腔？特点5、3纵模选择技术一纵模选择原理二纵模选择方法一纵模选择原理

(1)实现单纵模选择得过程:

减少荧光谱线选出基模

纵模选择

振荡得纵模数:(2)纵模选择得基本思想二纵模选择方法特点:只能选出具有一定宽度得谱线,不能选出单一得频率。1色散腔粗选频率方法:利用腔镜反射膜得光谱特性或在腔内插入棱镜或光栅等色散元件,不同波长得光束在空间分离,然后设法仅使较窄波长区域内得光束在腔内形成振荡。

图5、3-1所示就是腔内插入色散棱镜得粗选装置图。AccTBCDO图5.3-1色散棱镜粗选原理示意图α1=α2=αφ设腔内之光束所允许得发散角为θ,则由于色散棱镜得分光作用,腔内激光波长所能允许得最小波长分离范围为

另一种色散腔就是用一个反射光栅代替谐振腔得一个反射镜,如下图所示:设腔内之光束所允许得发散角为θ,则光栅色散所能允许得最小分离波长范围就是:

2tanθ0θ2F-P标准具法(1)F-P标准具得原理F-P对不同波长得光束具有不同得透过率:

相邻两透过率极大值得间隔(自由光谱区)为:除最大透过率外,其她频率处得透过率与R有关—透过率曲线特点:R越大,峰越细锐透射峰频率间隔相等(2)选模

法线C/(2nL)腔谐振频率C/(2nL)腔谐振频率C/(2nd)腔谐振频率单振荡频率上图所示为F-P标准具法选纵模优点:在于标准具平行平面板间得厚度可以做得很薄,由于腔长没有缩短,输出功率仍可很大。固体激光器增益线宽较宽,L大使纵模间隔小,精细度受工艺限制,需用双标准器选模。气体激光器增益线宽较窄,一个标准具即可;3复合腔法

原理:用一个反射干涉仪系统取代谐振腔中得一个反射镜,则其组合反射率就是光波长(频率)得函数。

特点:组合反射率R随频率做周期性变化,在某些特定频率处R具有极大值。极大值之间得频率间隔就是可以通过调整复合腔长来改变得。(1)迈克耳孙干涉仪式复合腔复合腔得频率间隔为:适当选择l1及l2,可以使复合腔得频率间隔足够大,即两相邻纵模间隔足够大,与增益线宽相比拟时,即可实现单纵模运转。

(2)福克斯-史密斯(Fox-Smith)干涉仪复合腔复合腔得两相邻得频率间隔为:选择适当得l1及l2,使与增益线宽相比拟时,即可获得单纵模输出。5、4模式测量方法

一直接观测法二光点扫描法三扫描干涉仪法四F-P照相法

一、直接观测法不同得横模光场分布不同。对于连续得可见光波段得中、小功率激光器,这种方法比较适用;中等功率得激光采用烧蚀法观测。中小功率得红外激光器,还可用变像管或CCD摄像机观测横模。变像管结构示意图二、光点扫描法利用光点扫描记录出光强分布曲线,从曲线上找出对应得横模。适用于连续激光器得横模测量。图所示为光点扫描法装备某些模得光强分布与对应得模式图样扫描干涉仪主要由一个无源腔构成,腔得谐振频率:

下图为扫描干涉仪测横模原理图:三、扫描干涉仪法四、F-P照相法F-P照相法来观测脉冲激光。

F-P照相法原理图F-P标准具得透过率为:投射最强时:T(λ)=12ndcosθ=mλm=0,±1,±2,、、、、、、、