[物理]10典型锁模.ppt

? 在固体激光器中，因激活介质的直径不能做得太细，不可能通过工作物质的直径抑制高阶模， 由激光原理知道，谐振腔内基模有效光束半径ω(z)是随腔轴位置z变化的，在对称谐振腔(R1＝R2)中，ω(z)的表示式为 为保证基横模工作，小孔光阑的半径应与有效光束半径大致相等。若以rO表示光阑半径，并rO＝ω(z)，就可由上式求出rO的大小。此外，光阑在腔内的位置不同，rO的大小也不同。 光阑选横模的方法用得比较普遍，但由于光阑较小，限制了有效的基模体积，不能充分利用激活介质。可在腔内加透镜，以增大基模体积。 聚焦光阑法选横模 因为腔内有会聚光束，使得光阑处的功率密度很高，容易烧坏光阑， 所以光阑要采用高熔点金属或兰宝石一类的材料。 故这种结构不适于大功率、大能量激光器选用。 ? 非稳腔是高损耗腔，利用几何光学的近似理论分析，可以得到几个较低次横模在腔镜面上的场（场幅）分布，如图所示。 （2）非稳腔选横模 由图可见，除基模uo的振幅在腔镜面上均匀分布（uo=1）外，其它高阶模的振幅分布（ ）均为镜面边缘比中心大，即能量相对集中在边缘。因而，横模阶数越高，衍射损耗越大。 加之非稳腔的模体积大，有利于大功率、大能量激光器工作。因此，选横模本领高、大功率（能量）输出，构成了非稳腔激光器的突出优点。 稳定腔的基模“0”与邻近高阶横模“1”、“2”的损耗差不多，当基模“0”起振时，横模“1”、“2”也易受激起振，因而会形成多模输出。 但对于非稳腔，由于相邻横模间的损耗相差很大，易于作到只让最低阶的基模“0”起振，抑制掉其余的高阶模，即使腔的增益很高，也不会使高阶模振荡。 1.选纵模的意义和基本思想 纵模是指沿谐振腔的纵向（轴向）场分布，它主要决定了激光器光振荡的频率。 二、纵模选择 为了获得单色性好的激光输出，激光器应当单频振荡，工作于单纵模状态。纵模选样技术就是保证激光器单频工作的基本技术。 单纵模工作的基本思想就是使得增益曲线阈值以上的区域内，只包含一个纵模。 设计谐振腔，增大纵模间隔△vq，使得在增益曲线的阈值以上区域，只有一个纵模可供振荡， 使增益曲线变窄，使其阈值以上区域，只含一个纵模。 在激光器的增益曲线阈值以上范围内包含有多个纵模，则激光器将会多模运转。 (1)色散腔法粗选频率 2．纵模选择方法 为了选择特定的谱线振荡，可以采用窄带介质膜反射镜。介质膜的带宽一般只能做到0．01μm左右 而色散腔法可作到(0．001～0．0001)μm的窄带。可以在某些荧光线宽较宽的介质中选择较窄区域单独振荡、使谱线变窄一些。 上图是利用色散棱镜实现粗选频率的装置。通过调整光路，可以使进入棱镜的入射角α1等于离开棱镜的出射角α2，并等于布儒斯特角。 棱镜色散腔 式中，θ是激光腔内光束所允许的发散角，αB是布儒斯特角(在图中，α1=α2＝αB)，dn／dλ表示棱镜材料折射率随波长的变化率。 由物理光学知道, 利用色散棱镜分光，腔内激光波长允许偏离中心波长的间隔△λ(即允许的谱线宽度)为 若取θ＝0．1毫弧度，则对玻璃材料棱镜，在可见光区域，有△λ≈0．001μm。这种棱镜色散法对一些激光器进行振荡谱线选择，十分有效。 （2）短腔法选纵模 由谐振腔理论已知，纵模间隔为 显然，减小腔长，可以增大纵模间隔 ，当 大到等于增益线宽时，在增益线宽内只含有一个纵模，即可实现单纵模振荡。 =150MHz 现在考察某He－Ne激光器，它的荧光谱线宽度为=1500MHz。当L=1m时，纵模间隔为 因此，在激光器内可能有1500/150=10个纵模同时起振，如图（a）所示。若将该激光器的腔长缩短到10cm，则 =1500MHz，此时如图（b）所示，只可能有一个纵模振荡。 短腔法选纵模的原理 （3）法布里一珀罗标准具法选纵模 在谐振腔内放置一个法布里一珀罗标准具。 F-P标准具相当于一个滤光片，它对于不同波长的透过率分布如右图所示。图中的R为F-P标准具表面对入射光的反射率 式中c是真空中的光速，n′是F-P标准具介质折射率，d是标准具厚度，θ是光进入F-P标准具内的折射角。光垂直入射时， 是相邻透射峰的频率间隔， 由下式确定： 当将F-P标准具插人谐振腔时，激光器的振荡频率既要满足谐振腔的共振条件，又要