7激光输出.ppt

作业 非均匀加宽增益和均匀加宽增益饱和的基本特征是什么? 激光的基本特性有那些？ 光学谐振腔有那两种重要作用，请说明这两种作用？ 三、模式 激光器通常都是工作于多模振荡， 即表现在空间上产生多横模振荡； 在纵向上具有多个频率组分的振荡（多纵模）。 如上节所述，激光振荡模式用TEMmnq表示。 对共轴稳定球面谐振腔激光器，输出激光束的等相位面是一球面，在等相位面上的模式花样由拉盖尔-高斯函数（对圆形镜面）描述。 不同横模在腔内扩展的空间范围是不同的，把某一模式在腔内所扩展的空间范围，称为该模式模体积。模体积大，对该模式的振荡有贡献的激发态粒子数就多，因而，也就可能获得大的输出功率；模体积小，则对该模式振荡有贡献的激发态粒子数就少，输出功率也就小。 激光基模展布在腔的轴线附近，模的阶次越高，扩展的空间范围愈宽，所以高阶模的模体积Vmn比基模的模体积V00大得多。通常用 V00 =L??OS2/2= ? L2/2 估计共焦腔基模的模体积，式中L是谐振腔腔长。 例如，腔长为1米、放电管直径为2a=2厘米的共焦腔二氧化碳激光器（λ=10.6微米），激活介质的体积V=πa2L=314厘米3，因此V00/V=1.7%。 所以，共焦腔基模体积比整个激活介质的体积小得多，这对获得功率的基模输出是不利的。 因而在激光振荡及腔体设计中，模体积的概念是很重要的。 四、激光束的发散角 共焦腔的基模光束依双曲线规律从腔中心向外扩展，图中画出了双曲线的两根渐近线之间的夹角θ，它被定义为基模激光束的远场发散角 式中2ω（z）为坐标z处的光斑直径。 把光斑半径ω（z）代入上式，则得到定义在基模振幅的1/e处（即基模强度的1/e2处）的远场发散角θ1/e2的关系为 习惯上更常用的远场发散角，是定义在基模峰值强度的1／2处(半功率点处) 远场发散角，用符号θ1/2表示，它与θ 1/e2的关系有 计算结果表明， 包含在发散角θ1/e2内的功率占高斯基模光束总功率的86.5%， 而包含在发散角θ1/2范围内的功率仅占总功率的50%左右。 实例:共焦腔基模激光束发散角的数量级概念。 L=30厘米的共焦腔He-Ne激光器， λ=0.6328微米， θ1/2≈1.4×10-3弧度 L=1米的共焦腔CO2激光器，λ=10.6微米，有 θ1/2≈3.2×10-3弧度 可见，共焦腔基模光束的理论发散角具有毫弧度的数量级。 所以，当共焦腔激光器以TEM00单横模工作时，激光束具有很好的方向性。 如果激光器工作于多横模，那么，因为高阶横模的发散角随模的阶次增高而增大，激光束的方向性将变差。 固体激光器工作于多模振荡 由于工作物质内局部应力或热形变引起的光学不均匀性 反转粒子数分布不均匀 镜面加工质量 调整误差 光束发散角可达到十几毫弧度量级 五、激光线宽 激光是一系列比较窄的振荡谱线元组合而成。 圆形镜面稳定球面腔的振荡模式频率，给定m、n值，有一系列q值所对应的纵模，其相邻两个纵模的频率差为 Δν＝νmn(q+1)－νmnq 激光器所产生的纵模数目 固体激光器的增益线宽一般都较宽，所包含的能满足阈值条件的谐振频率极多。 红宝石激光器和Nd3+：YAG激光器输出的激光线宽通常为0.3～0.5埃（0.3×10-4～0.5×10-4微米）。 工作物质的荧光线宽 谐振腔的尺寸 激光器阈值 光泵输出水平有关。 钕玻璃激光器比红宝石和Nd3+：YAG激光器具有更宽的增益曲线，比红宝石的激光谱线宽度高两个数量级以上。 对气体激光器，例如He-Ne激光器，它是以多普勒加宽为主的综合加宽激光器，相邻两个纵模的频率间隔Δν=7.5×108Hz， 输出能量大 激光谱线宽 则单色性差 相干性能差对 然而正是由于它包含的模式多，可能通过锁模技术,得到更窄的脉冲激光。在这些激光应用中，要求激光器单纵模输出，就需采用选模措施. 多模激光器 激光全息等实际应用来说是不利的。 六、激光脉冲宽度 （a）是光泵能量低于阈值时示波器上看到的荧光波形。 （b）是光泵能量高于阈值时的激光波形。 固体激光器所输出的激光脉冲，是一群宽度只有微秒量级的短脉冲序列。激励越强，短脉冲之间的时间间隔越小,称弛豫振荡效应。 为得到高的峰值功率和窄的单个脉冲， 可采用调Q技术获得: 峰值功率可达到兆瓦量级，脉冲宽度为几十毫微秒。 为获得更窄的激光脉冲，需利用锁模技术，宽度可达10-13秒甚至更短。 激光特性 激光的单色性好 相干性好 方向性好 亮度