新激光ppt课件第六章 激光器模式选择技术.ppt

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1、第六章激光器模式选择技术6.1概述一、横模二、纵模GthG6.2横模选择技术一、横模选择原理1.单横模运转的充分条件谐振腔中不同横模具有不同的损耗是横模选择的物理基础。r1、r2为两腔镜反射率，δ为单程损耗，Ｇ为单程增益系数，工作物质长为Ｌ，则I0往返一次的光强为单横模运转的充分条件该模式振荡条件2.充分条件的具体实现若横模鉴别力高阶模与基模的衍射比衍射损耗在总损耗中的比例就必须对称稳定腔的两个低次模的单程损能比平-凹稳定腔的两个低次模的单程损能比衍射损耗的大小及模鉴别力的高低与谐振腔的腔型和菲涅尔数N有关.由图可知:N衍射损耗,但鉴别力随之3.几种腔型的比较对称共焦腔:g1=g2=0半

2、对称共焦腔:g1=0或g2=0平行平面腔:g1=g2=1共心腔:g1g2=1由图可知:共焦、半共焦腔的最大；平面、共心腔的最小；那么是否共焦、半共焦腔就更容易实现单模振荡呢?二、横模选择的方法1.小孔光阑选择法小孔光阑选模图2.谐振腔参数g、N选择法3.聚焦光阑选择法聚焦光阑选模4.非稳腔选模法5.微调谐振腔法6.3纵模选择技术一、纵模选择原理纵模振荡数是由增益线宽和频率间隔决定的。腔内望远镜法纵模振荡数纵模间隔增益曲线高于阈值部分的线宽一般谐振腔中不同纵模有着相同的损耗,但由于频率的差异而具有不同的小信号增益系数。因此,扩大和充分利用相邻纵模间的增益差,或人为引入损耗差是进行纵模选择的

3、有效途径。1.短腔法二、纵模选择方法L单模存在例He-Ne激光器，L=1m，若L=10cm，2.行波腔法环形行波腔激光器3.选择性损耗法（F-P标准具法）法布里-珀罗标准具法示意图F-P标准具对不同的波长具有不同的透过率由于多光束干涉的结果，对于满足下列条件的光具有极高的透射率能获得最大透射率的两个相邻的频率间隔为含法-泊标准具腔选模原理图(a)小信号增益曲线，(b)谐振腔纵横谱；(c)法—泊标准透射率曲线4.复合腔法（三反射镜法）如图，激光器一端的反射镜被三块反射镜的组合所代替，其中M3和M4为全反射镜，M2是具有适当透射率的部分透射部分反射镜。这个组合相当于两个谐振腔的耦合两个谐振腔

4、的纵模频率间隔分别为：c/2(L1+L2)和c/2(L2+L3)5.外腔半导体激光器选模法如图为外腔半导体激光器选模装置,激光二极管(LD)的两个解理面M1、M2和外反射镜M3组成复合腔,适当选择M2及M3的反射率并调节M3的位置可选出单长腔模。6.4模式测量方法一、直接观测法二、光点扫描法激光器激光产生投射转镜反射光电探测器电子线路放大示波器第七章激光稳频技术7.1概述一、频率的稳定性和复现性1.稳定度是指激光器在连续运转时在一定的观测时间τ内频率的平均值与该时间内频率的变化量Δν之比2.复现性是激光器在不同地点、时间、环境下稳定频率的偏差量与它们平均频率的比值.习惯上稳定度的量度

5、用稳定度短期稳定度长期稳定度二、影响激光频率稳定的因素式中：νm为原子跃迁谱线频率；νc为谐振腔谐振频率；Δνm为原子跃迁谱线宽度；Δνc为谐振腔谱线宽度；为频率牵引系数（一般很小）。激光频率稳定主要取决于腔谐振频率的稳定性。腔谐振频率为：当L的变化为L，n的变化为n时，引起的频率相对变化为：频率稳定腔长和折射率稳定1.腔长变化的影响(1)温度变化：一般选用热膨胀系数小的材料做为谐振腔的的支架(2)机械振动：采取减震措施2.折射率变化的影响(1)内腔激光器:温度T、气压P、湿度h的变化很小，可以忽略(2)外腔和半内腔激光器:腔的一部分处于大气之中，温度T、气压P、湿度h的变化较放电管

6、内显著。应尽量减小暴露于大气的部分，同时还要屏蔽通风以减小T、P、h的脉动。三、激光器稳频方法1.被动式稳频利用热膨胀系数低的材料制做谐振腔的间隔器；或用膨胀系数为负值的材料和膨胀系数为正值的材料按一定长度配合把单频激光器的频率与某个稳定的参考频率相比较，当振荡频率偏离参考频率时，鉴别器就产生一个正比于偏离量的误差信号。2.主动式稳频(1)把激光器中原子跃迁的中心频率做为参考频率，把激光频率锁定到跃迁的中心频率上，如兰姆凹陷法。(2)把振荡频率锁定在外界的参考频率上，例如用分子或原子的吸收线作为参考频率，选取的吸收物质的吸收频率必须与激光频率相重合。如饱和吸收法。7.2兰姆凹陷稳频一、兰

7、姆凹陷增益频率ν0二、兰姆凹陷稳频原理1.兰姆凹陷的中心频率即为谱线的中心频率，在其附近频率的微小变化将会引起输出功率的显著变化。这种稳频激光器的基本结构如图。兰姆凹陷法稳频激光器的基本结构2.腔长自动补偿系统的方框图如图。兰姆凹陷法稳频方框图压电陶瓷上还需加一频率为f(约为lkHz)、幅度很小(只有零点几伏)的交流讯号，此讯号称为“搜索讯号”压电陶瓷加一直流电压：使初始频率为ν0稳频原理假如由于某种原因(例如温度升高)使L伸长，引