激光原理-第四章课件.ppt

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1、激光原理1激光原理第四章　激光的基本技术4.1激光器输出的选模4.2激光器的稳频4.3激光束的变换4.4激光调制技术4.5激光偏转技术4.6激光调Q技术4.7激光锁模技术2§4.1激光器输出的选模3激光的选模(选频)技术激光纵模的选模-----选频技术激光横模的选模-----选模技术均匀增宽型介质与非均匀增宽型介质增益曲线均匀增宽型介质的增益曲线非均匀增宽型介质的增益曲线44.1.1激光单纵模的选取1.均匀增宽型谱线的纵模竞争(1)当强度很大的光通过均匀增益型介质时粒子数反转分布值下降，增益系数相应下降，但光谱的线型并不改变。图4-1均匀增宽型谱线纵模竞争5(2)多纵模的情况下，

2、如图所示，设有q-1，q，q+1三个纵模满足振荡条件。随着腔内光强逐步增强，q-1和q+1模都被抑制掉，只有q模的光强继续增长，最后变为曲线3的情形。若此时的光强为Iq，则有，于是振荡达到稳定，使激光器的内部只剩下q纵模的振荡。纵模竞争:通过增益饱和,某个纵模逐渐把其它纵模的振荡抑制下去,最后只剩下该枞模振荡的现象。62.非均匀增宽型谱线的多纵模振荡非均匀增宽激光器的输出一般都具有多个纵模73.单纵模的选取(1)短腔法：两相邻纵模间的频率差，要想得到单一纵模的输出，只要缩短腔长，使的宽度大于增益曲线阈值以上所对应的宽度缺点腔长受到限制,增益介质工作长度受到限制,输出功率受到限制,

3、甚至没有激光输出。8(2)法布里-珀罗标准具法：在外腔激光器的谐振腔内，沿几乎垂直于腔轴方向插入一个法布里-珀罗标准具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:9(3)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只有同时满足上面两个谐振条件的光才能形成振荡,只要取L2+L3足够小，就可以单枞模输出两个谐振腔的纵模频率间隔分别为：104.1.2激光单横模的选取1.衍射损耗和菲涅耳数(1)由于衍射效应形成的光能量损失

4、称为衍射损耗。(2)如图所示的球面共焦腔，镜面上的基横模高斯光束光强分布可以表示为图4-4腔的衍射损耗11(3)单程衍射损耗为射到镜面外而损耗掉的光功率与射向镜面的总光功率之比(4)分析衍射损耗时为了方便，经常引入一个所谓“菲涅尔数”的参量，它定义为122.衍射损耗曲线图4-5给出了圆截面共焦腔和圆截面平行平面腔的衍射损耗—菲涅尔数曲线。图4-5不同腔的衍射损耗曲线133.光阑法选取单横模基本做法：在谐振腔内插入一个适当大小的小孔光阑，让基横模光束顺利通过，而将高阶横模抑制小孔光阑的半径r0可以选取为放置小孔光阑处的光束有效截面半径144.聚焦光阑法和腔内望远镜法选横模(1

5、)聚焦光阑法：如图4-6所示，在腔内插入一组透镜组，使光束在腔内传播时尽量经历较大的空间，以提高输出功率。(2)腔内加望远镜系统的选横模方法，其结构如图4-7所示。图4-6聚焦光阑法图4-7腔内望远镜法15理解纵模竞争的物理意义本节重点：作业：P99：1，2了解基本的选频及选模方法§4.2激光器的稳频17稳定度是指激光器在一次连续工作时间内的频率漂移与振荡频率之比复现性是激光器在不同地点、时间、环境下使用时频率的相对变化量184.2.1影响频率稳定的因素1.腔长变化的影响对共焦腔的TEM00模来说，谐振频率的公式可以简化为：当L的变化为L，的变化为时，引起的频率相对变化为

6、：(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。194.2.2稳频方法概述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

7、。2.主动式稳频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。204.2.3兰姆凹陷法稳频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4-8所示图4-8兰姆凹陷法稳频激光器的基本结构212.腔长自动补偿系统的方框图如图4-9所