激光原理与技术(4).ppt

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1、激光原理与技术1激光原理与技术主要内容第二章开放式光腔与高斯光束2.1光腔理论的一般问题2.2共轴球面腔的稳定性条件2.3-2.7后续章节涉及的物理参数及概念介绍2.9高斯光束的基本性质及特征参数2.10高斯光束q参数的变换规律2.11高斯光束的聚焦和准直2.12高斯光束的自再现变换与稳定球面腔2激光原理与技术开腔模式研究－问题的提出在一个没有侧面边界的区域中，是否存在着电磁场的本征态，即不随时间变化的稳态场分布？怎么求？本质：证明开腔模的存在性并解决其计算方法！3激光原理与技术理想开腔模型，孔阑传输线不考虑几何损耗理想开腔的假设：两块反射镜片沉浸在均匀的、无限的、各向

2、同性的介质中忽略掉侧壁的不连续性结果:分布不再受衍射的影响，在腔内往返一次后能够再现出发时的场分布；唯一的变化是镜面上各点的场振幅按同样的比例衰落，各点的相位发生同样大小的滞后。将开腔镜面上的经一次往返能再现的稳态场分布称为开腔的自再现模或横模。开腔理论的一些物理概念4激光原理与技术孔阑传输线1、初始入射波的形状不影响自再现模的形成；2、不同初始入射波可能导致不同自再现模-横模的形成。幅度、相位空间相干性的衍化开腔的自再现模或横模5激光原理与技术惠更斯--菲涅尔衍射原理及基尔霍夫衍射积分S曲面上光场分布函数各子波源发出的球面波倾斜因子球面子波是非均匀的6激光原理与技术U

3、1(x1,y1)U3(x3,y3)Uj+1(xj+1,yj+1)Uj(xj,yj)M1M2U2(x2,y2)场分布不变－再现往返次数足够多时,除表示振幅衰减和相移的常数因子外,Uj+1能再现UjqrP(x,y)P’自再现模概念7激光原理与技术开腔中稳态场分布函数自再现模积分方程……..……..光腔中的衍射场自洽积分方程8激光原理与技术dD－光场在腔中渡越一次的相对功率损耗－单程损耗设单程模振幅的衰减相移g－量度自再现模的单程损耗,不同横模有不同的dDg模的单程损耗根据谐振条件当g得知,可求得模的谐振频率单程相移dmn－自再现模在腔内渡越一次的总相移g－复常

4、数的物理意义9激光原理与技术1.解析解：－对称共焦腔才能得到解析解精确解近似方形镜共焦腔长椭球函数厄米～高斯函数圆形镜共焦腔超椭球函数拉盖尔～高斯函数其它稳定球面镜腔可通过“等价”对称共焦腔求得2.数值解(数值迭代法)...…...振幅相位300次迭代结果平行平面腔自再现模积分方程的解法10激光原理与技术当x<

5、型定义：L：共焦腔长厄米-高斯近似下方形共焦镜面上的场分布特性12激光原理与技术光斑尺寸定义(2)光强降到中心光强的一半处的半径—w’0s：光斑尺寸13激光原理与技术厄米多项式的零点决定场的节线高阶横模的场振幅分布（m,n不同时为0）14激光原理与技术TEM00TEM10TEM20TEM03TEM11TEM31TEM0nTEM1nTEM2nTEM3n厄米多项式的零点决定场振幅的节线15激光原理与技术E0，Amn,w0均为常数，w0－基模高斯光束腰斑半径w(z)－基模高斯光束z处光斑半径w0=w(0)(2.6.1)菲涅耳-基尔霍夫衍射积分镜面上的场腔内、外任一点的场坐标原

6、点在腔中心在镜面上的场能用厄米-高斯函数描述的情况下，共焦腔场可以表示为：在一定近似情况下：方形镜共焦腔的行波场---厄米～高斯光束16激光原理与技术共焦腔镜面上腰斑尺寸基模光斑大小变化规律——双曲线函数基模光斑尺寸基模场振幅分布17激光原理与技术基模光斑大小变化规律——双曲线函数He-Ne:L=30cml=632.8nm~2.3毫弧度CO2:L=100cml=10.6mm~5.2毫弧度基模光束有优良的方向性，高阶模的发散角随模阶次m,n而增大,光束方向性变差远场发散角q(共焦腔基模光束)——光束方向性18激光原理与技术19沿z轴方向传播的基模高斯光束，不管它是由何种结

7、构的稳定腔所产生的，均可表示为：共焦参数腰斑半径等相位面曲率半径光斑半径f或w0为高斯光束的典型参数高斯光束的基本性质及特征参数19激光原理与技术20谢谢各位同学！