第5章 激光器.ppt

用Littrow grating代替Brewster prism放置在腔外，对波成进行选择（只有一定波长的一级光能原路返回，在腔中共振）。 二、横模抑制 大部分激光器要求工作在单横模 抑制高阶模：选定某镜面大小a，镜面距离L，使衰减?00较小，?10较大；或者增加空间滤波（光阑、光纤） N：Fresnel（菲涅尔）参数 共焦腔 平面腔 在r=0处，TEM00TEM10, 基模增益饱和 高阶模增益抑止 三、纵模选择 纵模间隔 (腔FSR) 非均匀加宽增益： 一般多纵模 标准具： 透过曲线进一步选单模 连续扫描且保持单模： 棱镜/光栅：角度 标准具：角度、间距 谐振腔：腔长补偿 Cavity mode (M1,M2) 标准具 Cavity mode (M1, M2, M3) Gain?prism?etalon1?etalon2?cavity mode suppress (P1, P2) 四、强度稳定（稳幅） 电源起伏； 气体放电不稳； 灰尘光散射； 腔镜振动； 多模激光的模式竞争； CW染料激光的染料密度变化和气泡 激光输出光强起伏的原因： 稳幅方法： 强度反馈控制 通过功率反馈，调制激光器的控制电压 通过功率反馈，通过调节Pockel cell的电压，从而控制输出光的偏振来控制功率 Dye laser强度稳定控制示意图和效果 激光输出波长起伏的原因： （d、n起伏） 长期漂移：温度、气压 短期起伏：腔镜机械振动（最主要）、折射率声波起伏、放电起伏、染料射流起伏等 五、单频激光的频率（波长）稳定（稳频） 1，热张系数小材料 2，导热系数大的基地材料 3，冷吹风减少空气波动和尘埃的影响 4，放置在真空室中，减少空气波动影响 被动稳频（没有反馈，只是让腔绝对参数稳定）： 主动稳频（有反馈，更加误差信号来调节腔参数）： 稳频方法： 温控、电流和PZT补偿反馈控制 锁在峰顶：调制 LIR（Lock-in Regulator）/PDH （Pound-Prever-Hall Detector） 锁在边坡：直流漂移 PID 密度ρ （g/cm3） 弹性模量E （GPa） 泊松比 υ 热膨胀系数α （10-6/K） 导热率K （W/m ?K） 比刚度E/ρ （Gpa?g/cm3） 表面粗糙度 RMS（nm） ULE 2.21 67 0.17 0.015 13 30.3 ?0.3 Zerodur 2.53 92 0.24 -0.09 1.3 36.4 — Be 1.85 287 0.07 11.3 216 155.1 ?0.1 RB-SiC 3.04 340 0.14 2.4 170 111.8 ?2.0 期望值 小 大 小 小 大 大 小 一些材料的线性热膨胀系数 ULE (Ultra-low Expansion) 一种玻璃 温控 FPI 原子谱线 激光器 PZT/T/I 稳频部件： 1，参考标准 2，误差信号 3，反馈电流 4，可调参数 (电流，温度，腔长PZT) V0，扩张 V0，缩小 利用PZT控制腔长 长期飘逸：原子吸收线（受外界干扰小） 短期波动：参考腔（受外界干扰大，但是调制快） 锁峰顶：FPI 1监视波长， FPI 2参考腔 锁边带 优点：不需要调制，不需要锁相（Lock-in）。 缺点：D1和D2强度的变化改变锁频零点 /products/itemlayer/94/BR-101-029-B-ProductCatalog-2008-04-LIR-PDD.pdf TOPTICA 半导体激光器稳频模块 Fast Analog Linewidth Control 激光频率漂移 不同方法激光频率 Without stabilization Short-term stabilization Long and short-term stabilization 稳频效果 六、单模激光器的线宽 即使单纵模激光器，任何振幅、位相、频率的起伏都导致有限的线宽。 3个基本的噪声源（不能通过稳频系统消除）： 1、激发态线宽（可忽略）； 2、模中光子数的统计分布引起的振幅的起伏(Poisson分布)； Schawlow-Townes relation（Nth1, Nsp =1）: 如果 ?L=780nm, PL=1mW, 则 PL/h?L=3.92?1015 s-1，R1=R2=0.95, L = 100um, 则 ??c=12GHz, ??L = 115 KHz；如果 PL=100 mW, L = 1 cm, 则 PL/h?L=3.92?1017 s-1，??c=120 MHz, ??L =0.115 Hz