第二十次课激光原理摘要.ppt

激光的三大性能参数 峰值功率（或能量） 脉冲宽度 模式 目的：改善激光的方向性，提高单色性。 目标：选出基横模，单纵模－空间相干性，时间相干性 纵模：对频率影响较大，为提高激光时间相干性或(空间)纵向相干性，必须选出单纵模。 ——选频 横模：主要影响光强均匀性和发散角。m↑或n↑，光斑半径W↑，分布不均匀，发散角↑。为了改善激光的方向性和(空间)横向相干性，必须选出基横模。 ——选模 改善激光的方向性，提高单色性是实际应用提出的要求。 ①激光加工等要求方向性。 ②激光全息、精密干涉计量等要求单色性好。 1、横模选取原则：加大基横模和高阶横模损耗的差别，使高阶横模的损耗大于增益不能振荡，而基模满足阈值条件，保存下来，达到选出基横模的目的。 ①TEM10模的衍射损耗δ10要大。（绝对值大） ②必须尽量增大TEM10 和TEM00 模衍射损耗的比值δ10/δ00（相对值大，鉴别能力强） 2.影响衍射损耗的因素 ①腔型。不同的腔型，衍射损耗不同。(见P86图3.13) ②横模数。横模数越大，δ越大。 (见P86图3.13) TEM00模δ00最小。（见下图） ③g参数。腔型和N相同时，g越大，δ越大。 ④菲涅尔数N。腔型和g相同时，N越大，δ越小。 3、横模选择方法 改变谐振腔的结构和参数以获得各模衍射损耗的较大差别 在一定的谐振腔内插入附加的选模元件来提高选模性能 气体激光器采用前类方法，固体激光器采用后类方法。 腔参数g、N选择法 腔型和N相同时，g越大，δ越大。 腔型和g相同时，N越大，δ越小。 ②聚焦光阑法：如图4-6所示，在腔内插入两个共焦透镜，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。 缺点：腔内存在实焦点，容易损伤光阑。附加了两个透镜而增加了腔的插入损耗，并给调整带来困难。 ③腔内望远镜法：其结构如图4-7所示。 ④可饱和染料选模 在腔中放入有机染料，利用它的可饱和吸收特性选模。 TEM00模功率密度高，染料易于饱和,损耗小，能振荡。 高阶模功率密度低，染料不能饱和,损耗大，不能振荡。 1、纵模选择的基本思想： 激光器中某一个纵模能否起振和维持振荡主要取决于这一个纵模的增益与损耗值的相对大小。 对于同一个横模的不同纵模而言，其损耗是相同的，但是不同纵模间却存在着增益差异， 因此，利用不同纵模之间的增益差异，在腔内引入一定的选择性损耗，使欲选的纵模损耗最小，而其余纵模的附加损耗较大，只有中心频率附近的少数增益大的纵模建立起振荡。最终形成并得到放大的是增益最大的中心频率所对应的单纵模。 光通过棱镜时，不同的光出射角不同，则损耗不同，能够振荡的光只有一范围 。 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： 式中：角色散率 最大偏离角 棱镜的顶角β 例3：设α=300, △α=1mrad,d=4.2×10-7m，则Δλ=？ 不到1nm量级。由此可见，其色散选择能力比棱镜更高。 光栅法优点：由于不存在光束的透过损耗，因此可适用于较宽广的光谱区域的激光器。 色散腔法的局限：实现频率粗选， 在该条谱线的荧光线宽范围内，还存在着频率间隔为 　　的一系列分立的振荡频率，即多个纵模。 如何进一步从单条谱线中选出单一的纵模，就要采取如下的一些方法： 缩短腔长，增大纵模间隔使得在Δνosc范围内只存在一个纵模，而其余的纵模都位于Δνosc之外，即 要得到单一的模式，除了合适的方法之外，还需要注意以下几个问题： 光泵均匀 固体工作物质的光学均匀性好 腔镜调整：尽量对称使轴线重合,否则模式畸变。 光学表面清洁 动态比静态困难 破坏问题 只有采用合理的选模方法，并克服种种不利因素，才能得到高质量的激光模式。 作业 P270