第二章+谐振腔.pptx

上章知识回顾：

一般激光器必备的三个基本部分：

实现了工作物质能级间的集居数(粒子数)反转，是形成激光的内在依据

●光学谐振腔

光学谐振腔是产生激光的必要装置之一。

作用：

对入射光的频率、方向进行选择，并提供光学正反馈，从而产生出具有亮度高、方向性极好、单色性极好的激光。

即输出光束的特性：频率、方向、偏振及空间分布都决定于谐振腔。

光学谐振腔的构成

光学谐振腔的构成

最简单的光学谐振腔是在激活介质两端恰当地放

第二章光学谐振腔

§2.1光学谐振腔的构成和作用

置两个镀有高反射率的反射镜构成。

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《激光原理与技术》

光学谐振腔的种类

●谐振腔的开放程度：开腔、闭腔、气体波导腔

●反射镜形状，球面腔与非球面腔，端面反射腔与分布反馈腔

●反射镜的多少，两镜腔与多镜腔，简单腔与复合腔

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下面我们给出几种典型光学谐振腔示意图

平行平面腔

环形腔

光纤腔

√最早提出的是平行平面腔(F-P腔)√采用了由两块具有公共轴线的球面镜构成的谐振腔

√从理论上分析这些腔时，通常认为

侧面没有光学边界，因此将这类谐振

腔称为开放式光学谐振腔，简称开腔√(气体激光器和部分固体激光器具有开腔特性)重要

√固体激光器的工作物质(折射率，全反射)

√如果腔的反射镜紧贴激光棒的两端，则

在理论上分析这类腔时，应作为介质腔来处理

√这类光学谐振腔称为闭腔：侧面具有光学边界

谐振腔的开放程度：开腔、闭腔、气体波导腔

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闭腔

开腔

气体波导腔

(半封闭腔)

另一类光腔为气体波导激光谐振腔，其典型结构是一段

空心介质波导管两端适当位置放置反射镜。这样，在空心介质波导管内，场服从波导中的传播规律，而在波导管与腔镜之间的空间中，场按与开腔中类似的规律传播。半导体激光器和气体波导激光器

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开腔通常可以分为(光束的稳定性)

*稳定腔、非稳定腔和临界腔

看在腔内是否存在稳定振荡的高斯光束

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非稳定腔

稳定腔

定义不稳定腔：

光线在腔中来回多次反射后最终跑出腔外的谐振腔称为不稳定腔。

光能量横向逸出是造成腔

内损耗的主要原因。

定义稳定腔：

光线在谐振腔中来回反射，逐渐得到放大。

光线在在腔内传播，很少跑出谐振腔。

不稳定腔

(2)

(1)(2)(3)

稳定腔

图(2)和(3)给出光线在腔中走的是闭合回路，

从而可以在腔内来回传播而形成振荡。

还有一些其他形式的稳定腔，我们不再介绍

由于光线很少跑出腔外，所以稳定腔的损耗小。

*双凹球面镜腔：

由两块相距为L,曲率半径

分别为R₁和R₂的凹球面反

射镜构成

*常见的谐振腔形式

激光器

的发展

史上最

早出现

的谐振

腔

共焦腔

R₁=R₂=L

同心腔

R₁+R₂=L

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平行平面腔

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C1=C2

*平面凹面镜腔(简称平凹腔)

由一块平面反射镜和一块凹面

反射镜平行放置，这种腔又可

分为：

(6)

非共焦腔：除上述两种情形外，如图

】

(7)

(3)

(5)

4)

(2)(3)

除了以上所述的各种配置外，在一些特殊的

激光器里，还会采用平凸腔、凹凸腔、双凸腔等类型的配置方法以达到某些特殊的效果。

(1)半共焦腔：

两镜距离等于凹面镜曲率半径之半，

(2)非共焦平凹腔：如图所示

(1)

典型的激光器谐振腔

模体积

激光模式在腔内所能扩展的空间范围。

模体积大，对该模式的振荡有贡献的激发态粒子数就多就可能获得大的输出功率；

谐振腔的选择：

衍射损耗

模体积

腔体镜面的安装

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平行平面腔

平行平面腔的优势

1)模体积大、2)腔内激光辐射没有聚焦现象

平行平面腔的劣势

1)衍射损耗高2)镜面调整难度高

平行平面腔主要应用于高功率脉冲激光器

R₁=o

平行平面腔结构示意图

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1)衍射损耗低2)易于安装调整

同心球面腔的劣势：

1)模体积小2)腔内产生光辐射聚焦现象

同心球面腔主要应用于连续工作的染料激光器泵浦激光器

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同心球面腔的优势：

同心球面腔

同心球面腔结构示意图

R₂=L/2

R₁=L/2

(第二章)

其特点如下：

1)镜面较易安装、调整；

2)较低的衍射损耗；

3)腔内没有过高的辐射聚焦现象；4)模体积适度；

共焦谐