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1、第七章激光器特性的控制和改善7.1模式选择激光技术:为控制与改善激光器输出特性而发展的各种技术。一、激光单横模的选取调Q能量激光放大技术锁模1.所谓横模的选择，就是从谐振腔可能产生的许多模式峰值功率短脉冲技术增益开关中，选出基模，而其他的模式被抑制，不能产生振荡腔倒空稳频2.在稳定腔中，基模的衍射损耗最小，随着横模阶次的增……高，衍射损耗将迅速增加。谐振腔中不同的横模具有不注入锁定技术相干性选横模同的衍射损耗是横模选择的物理基础。选模选纵模3.为了提高模式的鉴别能力，应该尽量增大高阶模式和基其它：激光调制、激光偏转、激光调谐、激
2、光频模的衍射损耗比。率转换等。1.小孔光阑法选取单横模2).聚焦光阑法和腔内望远镜法选横模a.聚焦光阑法：在腔内插入一组透镜组，使光束在腔内传播1).基本做法是在谐振腔内插入一时尽量经历较大的空间(为了扩大基模体积充分利用工作物个适当大小的小孔光阑。质)，以提高输出功率。ωms=2m+1ω0s⎫⎪⎬ω=2n+1ω⎪⎭ns0s不同腔的衍射损耗曲线聚焦光阑法基模具有最小的光束半径,其他高阶模光束半径依次增大.如在腔内加上两个共焦透镜,光束经聚焦后,再通过小孔光阑.谐振腔采果用一个小孔光阑,其半径与基模半径相当,那么基模可以顺利通用平
3、行平面腔,只有那些沿轴向行进的光束,经聚焦后才能通过小孔往返振过,而光斑尺寸较大的高阶横模却受到阻拦而遭受较大的损耗。荡,其他方向上的光束,经聚焦后被小孔阻截.优点:¾缺点:保持了小孔光阑的横模特性,又扩大了模体积,提高激活介质的利用率,增大激光输出功率.输出功率比较小,腔内功率密度高时,小孔容易损坏.缺点:由于附加两个透镜,增加腔内损耗,并较难于调整.b.腔内加望远镜系统的选横模方法，其结构如图所示。2、谐振腔参数g、N选择法衍射损耗的大小及模鉴别能力的值与谐振腔的腔型有关，可适当选择腔的结构，增大高阶模式和基模的衍射损耗比,
4、提高模式的鉴别能力。腔内望远镜法3、非稳腔选模法在腔内插入一组由凹凸透镜组成的望远镜系统,将光阑放在凹透镜的左边,避免了实焦点,光阑所在处不是焦点位置,因此不非稳腔是搞损耗腔，不同横模的损耗有很大差异，利用非会由于能量过于集中而损伤光阑材料.装置中凹透镜的位置可稳腔在高增益激光器中选择横模的方法被广泛采用。以调节,相对于凸透镜可选择适当的离焦量,从而用以补偿激4、微调谐振腔光棒的热透镜效应.对于平面腔，腔镜倾斜时，基模损耗增加显著，腔的偏调优点:(1)能获得大模体积的基模输出.有利于高阶模的优先振荡，(2)可以通过调节望远镜个离
5、焦量,得到对于稳定腔，基模体积小高阶模体积大，腔镜倾斜时高阶热稳定性很好的激光输出.模损耗显著增大可以被抑制，而基模受到影响小可以继续(3)输出光斑适当,不致光学元件.维持振荡。1ν=qc一、均匀加宽型工作物质二、激光单纵模的选取纵模频率：q2L′均匀加宽型工作物质的纵模竞争1.激光的优点在于它具有良好的单色性、方向性和相干性2.理想的激光器输出光束应该只有一个模式，但是对于实际的激光器，如果增益饱和使均匀加宽工作物质的纵模起到自选模作不采取模式选择，它们的工作状态往往是多模的。用,竞争的结果总是最靠近谱线中心频率的那个纵模被保
6、持下来。易于实现单纵模,3.含有高阶模式横模的激光束光强分布不均匀，光束发散角大。但是由于空间烧孔效应,使其处于多纵模振荡状态.4.含有多纵模及多横模的激光器单色性及相干性差。5.在激光准直、激光加工、非线性光学、激光远程测距等领域都需要基横模激光束。二、非均匀加宽激光器的多纵模振荡6.在精密干涉测量，光通讯及大面积全息照相等应用中更要求激光是单横模和单纵模光束。一般情况下，外激励↑→G0↑→满足阈值条件因此，设计和改进激光器的谐振腔以获得单模输出是一个重要课题的纵模↑→振荡模式数↑激光纵模选择，就是使激光器只允许有一种纵模频率
7、振荡，其余非均匀增宽激光器的输出一般都具有多个纵模。的纵模频率均被抑制。三.单纵模的选取1.短腔法：缩短谐振腔长度,可增大相邻纵模间隔,以致在荧光如He—Ne激光器L从1m缩短到0.1m，则Δνq要增大到10倍,得谱线有效宽度内,只存在一个纵模,从而实现单纵模振荡。到单纵模输出,从而获得了线宽极窄的0.6328μm激光，极大地提高了单色性（但损失了光强）。G相邻两个纵模的频率差：2.法布里-珀罗标准具法：μcθG阈ΔνOSCΔνq=νq−νq−1=2L′物理基础：F-P只能对某G则只要缩短腔长，使：些特定频率的光通过。产法布里-
8、珀罗标准具法示意图c生振荡的频率不仅要符合G阈ΔνΔvΔνq=>ΔνF谐振腔共振条件，还要对θ标准具内光线与法线的夹角OSCF2L′标准具有最大的透过率d标准具长度时可以实现单纵模谐振。μ标准具两镜间介质的折射率多光束干涉，标准具透射峰的频率：特点：透射谱带宽度
