最新《高等激光原理-李瑞宁》2.第二章 开放式光谐振腔与高斯光束教学讲义ppt.ppt

《最新《高等激光原理-李瑞宁》2.第二章 开放式光谐振腔与高斯光束教学讲义ppt.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、《高等激光原理-李瑞宁》2.第二章开放式光谐振腔与高斯光束掺杂元素泵浦波长(nm)辐射波长(m)铒Er(Erbium)980/14801.5钕Nd(Neodymium)8081.06镱Yb(Ytterbium)9701.0铥Tm(Thulium)800/12001.9/0.48钐Sm(Samarium)6100.61钬Ho(Holmium)640/8903.9/1.2掺杂晶体中稀土元素的光谱特征Nd:YVO4与Nd:YAG比较的优势在808nm左右的泵浦带宽，约为Nd:YAG的5倍。在1064nm处的受激发射

2、截面是Nd:YAG的3倍。Nd:YVO4的荧光寿命比Nd:YAG短2.7倍左右。光损伤阈低，高斜率效率单轴晶体，输出为线偏振F—P腔的频谱腔的的相邻两个纵模的频率之差称纵模间隔二：光腔的损耗几何偏折损耗衍射损耗腔镜透射损耗吸收、散射损耗｝选择损耗——因模式而不同｝非选择损耗——对所有模式相同引入平均单程损耗因子（包含所有损耗）——δdddd/dddddddddddd2)21(122ln210200010/010321202220110201321=--»-=-=-=+++=å=====------IeIIIII

3、IIIeIIeIeeIIIIeIIiiLL考虑各种损耗因子δ1δ2δ3…I0在谐振腔内往返一周后的光强I1，损耗因子δ当损耗很小时，两种算法近似相等两个重要参数1.光子在腔内的平均寿命τR初始光强I0的光束往返m次Im衰减为dN个光子的寿命为t，N0个光子的平均寿命为：τR定义为腔的时间常数——光强衰减到1/e所需要的时间体积为V的腔内N个光子总储能2.无源谐振腔的Q值品质因数Q的普遍定义：——总储能比单位时间损耗的能量单位时间损耗的能量：光频谐振腔Q的一般表达式：3.各种损耗研究（1）反射损耗由于真实的全反射

4、镜反射率永远＜100%，镜面的光洁度要求，GBT1185-2006光学表面疵病I0I1（2）腔镜倾斜损耗两腔镜构成小倾角β经有限次反射后逸出腔外Lβ2β4β6β8βL(2β)L(6β)D腔镜横向尺寸，τβ腔内光子平均寿命，δβ腔内光子损耗，to一次往返时间腔的时间常数（3）衍射损耗平面波近似：光束在腔内反射，相当于通过直径为2a的光阑，产生衍射第一极小值的张角为：2a衍射损耗之比：θθθLθLθa单程能量相对衍射损耗百分数δ/d单程指数能量相对衍射损耗百分数δd菲涅尔数N2.2共轴球面腔的稳定条件一、腔内光线传

5、播的矩阵表示1.光线在自由空间M1→M2的传输表示如下：腔内任一傍轴光线在截面上可用r、θ：表示，｛用一个列矩阵描述光线的坐标用一个方阵TL=描述光线在自由空间传播距离L时的坐标变换r1θM1M2r1r5θ5r4θ4r3θ3r2θ2r1θ1Lr22.光线在球面反射的传输矩阵表示如下：﹛riθir0θ0θiθ0ααβ3.光线在平面反射的传输矩阵：4.光线在界面折射的传输矩阵：M1M2r5θ5r4θ4r3θ3r2θ2r1θ1L光线在共轴球面腔中的往返传播光线在腔内完成一次往返，其总的坐标变换为：光线在腔内往返一次的

6、总变换矩阵，称为往返矩阵T：光线在腔内n次往返的总变换矩阵Tn：﹛按矩阵理论可以求得：二、共轴球面腔的稳定条件光线在腔内n次往返而不逸出腔外，要求总变换矩阵Tn的An、Bn、Cn、Dn要求φ是不等于kπ的实数引入g参数：稳定球面腔对共轴球面腔，下式永远成立：非稳腔临界腔﹛﹛﹛平-平腔共心腔共焦腔谐振腔稳定性的几何判据R1R2R1分别以两个腔镜的曲率半径为直径、圆心在轴上画相切圆两园相交——稳定腔两园相切——共心腔圆心重合——共焦腔2.3开腔模式的物理概念和衍射理论的分析方法一。开腔模的一般物理概念考虑开腔中传播

7、的波列，每次渡越因衍射损失能量，能量重新分布，多次渡越形成稳定分布，分布不再受衍射影响单程渡越可实现能量分布自再现，相移等于2π的整倍数——模的谐振条件二。孔阑传输线2aLu1,u3,…u2,u4,…2au1u2u3uqUq+12au1u2u3uqUq+1三。菲涅尔—基尔霍夫衍射积分已知空间任意曲面S分布函数为u（x/，y/）在空间任意点P处产生的场为u（x，y）S1nθ（x/，y/）u（x/，y/）u（x，y）S2ρ应用到开腔的两个镜面的场上：j次渡越产生的场uj+1与产生它的场uj满足迭代关系：nθds（x

8、/，y/）Su（x，y）ρu（x/，y/）PS面上的场分布dS面元子波发出的球面波倾斜因子四、自再现模满足的积分方程式前数程衍射场变化很大！j次渡越产生相对稳定的场uj+1与产生它的场uj满足自再现，振幅衰减相位移动，形成相对稳定的场分布γ为复常数，将uj+1、uj代入积分方程υ（x，y）表示不受衍射影响的稳态分布函数uj+1、uj…自再现满足的积分方程是：K(x,y,x/,y/)称积