第五章--模式选择技术ppt课件.ppt

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1、第五章模式选择技术Mode-SelectionTechniques1）概述2）横模选择技术3）纵模选择技术4）模式测量方法.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概述选模的目的：1、减少激光的模式数2、改善激光的方向性3、提高单色性。.5.1概述激光器的模式：模式：在腔内可能存在的稳定光场的本征态-模式。（本征态是指聚合物未经任何物质掺杂）量子理论：可能区分的光子态。量子电动理论：电磁场的可能区分的量子态。腔内：纵模和横模.5.1概述横模：在腔中垂直腔轴方向的电磁场的本征态改善激光的方向性.5.1概述纵模：沿谐振腔轴线方

2、向上的激光广场（电磁场）分布。改善激光的单色性。.横模横模：腔内电磁场在垂直于其传播方向z的横向x-y面内存在的稳定场分布激光的模式表示：TEMmnTEM：横向电磁场;m、n：横模的序数m=n=0的模式（TEM00）称为基模，光斑最简单的结构不同的横模，光场分布不同，光束的发散角不同.基横模为什么要选出基横模？基横模特点：1、光强是高斯形2、发散角最小随着横模序数的增加：1、光场的范围加大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，实际的光场分布是复合模。为了改善激光的方向性，必须选出基横模。.不同横模的光场强度分布.改

3、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？从实际应用需求来看：1、激光打孔2、激光全息.横模的形成..横模的选择基本原理：不同横模的衍射损耗不同腔的总损耗：δ=δd+δi激光振荡的条件是G>δ（单程增益大于单程损耗）.横模的选择要选出基横模而使其他高阶模不能振荡两条原则：①高阶模与基横模的衍射损耗之比要大，δ10/δ00大,即增大横模间的衍射损耗差别。（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。.影响衍射损耗的因素衍射损耗的大小是选横模的关键，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

4、射损耗不同；g=1-L/Ra、稳定腔b、准稳腔c、非稳腔.影响衍射损耗的因素(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.影响衍射损耗的因素(3)与菲涅耳数（N=a2/(L)）有关，同一腔型不同N，衍射损耗不同.影响衍射损耗的因素1、g、N一定时δ10<δ002、N一定时，gδ00δ103、g一定时，Nδ00δ10.横模的选择理论不同对称腔的δ10/δ00值与N的关系.横模的选择理论.横模的选择方法1.谐振腔参数g和Ｎ的选择法2.小孔光阑法选模3.腔内插入透镜选横模4、非稳腔的选模.谐振腔参

5、数g和Ｎ的选择法.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.非稳腔的选模什么是非稳腔？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）实现单纵模选择的过程：减少荧光谱线选出基模纵模选择振荡的纵模数：（2）纵模选择的基本思想.二纵模选择方法特点：只能选出具有一定宽度的谱线，不能选出单一的频率。1色散腔粗选频率方法:利用腔镜反射膜的光谱特性或在腔内插入棱镜或光栅等色散元件，不同波长的光束在空间分离，然后设法仅使较窄波长区域内的光束在腔内形成

6、振荡。.图5.3-1所示是腔内插入色散棱镜的粗选装置图。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的发散角为θ，则由于色散棱镜的分光作用，腔内激光波长所能允许的最小波长分离范围为.另一种色散腔是用一个反射光栅代替谐振腔的一个反射镜，如下图所示：设腔内之光束所允许的发散角为θ，则光栅色散所能允许的最小分离波长范围是：2tanθ0θ.2F-P标准具法（1）F-P标准具的原理F-P对不同波长的光束具有不同的透过率：.相邻两透过率极大值的间隔（自由光谱区）为：除最大透过率外，其他频率处的透过率与R有关—透过率曲线特点：R越

7、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的厚度可以做得很薄，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的一个反射镜，则其组合反射率是光波长(频率)的函数。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。极大值之间的频率间隔是可以通过调

8、整复合腔长来改变的。.（1）迈克耳孙干涉仪式复合腔复