激光谐振腔技术选模及稳频技术.ppt

设吸收管内物质的吸收系数为A(v),当入射光足够强时,由于下能级粒子数减少和上能级粒子数增加,A(v)将随入射光强之增加而减小的现象。对于v=v0的光，其正向传播和反向传播的两列行波光强均被υz=0的分子所吸收，即两列光强作用于同一群分子上，故吸收容易达到饱和；而对于v≠v0的光，则正向传播和反向传播的两列光强分别被纵向速度为+υz及-υz的两群(少于υz=0）分子所吸收，所以吸收不易达到饱和，在吸收线的v0处出现吸收凹陷。吸收饱和现象与激光输出功率曲线的兰姆凹陷相似，在吸收介质的吸收曲线上也有一个吸收凹陷图2-18吸收介质的吸收曲线饱和吸收法稳频激光纵模及选频、稳频技术吸收饱和现象第63页,共66页，星期六，2024年，5月在谐振腔中放置吸收管时谐振腔的单程损耗为式中δ为未放置吸收管时谐振腔的单程损耗；L′为吸收管长度。由于A(ν0)-ν0曲线的尖锐凹陷，激光器输出功率在ν0处出现一个尖锐的尖峰，称为反兰姆凹陷，如图2-19所示。利用反兰姆凹陷，可使激光器的频率稳定在ν0，其稳频系统与兰姆凹向法类似。饱和吸收法稳频激光纵模及选频、稳频技术图2-19第64页,共66页，星期六，2024年，5月通常利用分子的基态与振转能级间的饱和吸收进行稳频。由于其吸收较强,所以可在低气压下工作,碰撞线宽较小。并且由于分子的振转跃迁寿命长,自然线宽也小。因此可得到尖锐的反兰姆凹陷。同时,因为利用自基态的吸收跃迁,无须放电激励,所以频率复现性好。饱和吸收法稳频激光纵模及选频、稳频技术第65页,共66页，星期六，2024年，5月感谢大家观看第66页,共66页，星期六，2024年，5月如He-Ne激光器，当L=1m时，其纵模间隔=150MHz(设n=1)。Δν0=1500MHz，若要求单纵模振荡就要求L=0.1m以下。激光纵模及选频、稳频技术短腔法故短腔法只适用于增益线宽较窄的激光器。由于腔长缩短，激光输出功率必然受到限制。因此在大功率单纵模输出场合，此法不适用。图2-5短腔法选模原理应用举例第31页,共66页，星期六，2024年，5月式中，为标准具的精细度；r为标准具对光的反射率；φ是标准具中参与多光束干涉效应的相邻两出射光线的相位差，即。其中，d为标准具的厚度(即两平行面的间隔)；n为标准具介质的折射率；α′为光束进入标准具后的折射角，一般很小近似为1)。T(λ)是波长、φ和r的函数。激光纵模及选频、稳频技术法布里-珀罗标准具法法布里-珀罗(F-P)标准具是由一对平行的光学平面所构成的一种光学器件，它相当于一块滤光片，对不同波长的光束具有不同的透过率，可以用下式表示：第32页,共66页，星期六，2024年，5月激光纵模及选频、稳频技术法布里-珀罗标准具法图2-6F-P标准具法选纵模法线图2-6所示的是标准具选纵模装置示意图。第33页,共66页，星期六，2024年，5月激光纵模及选频、稳频技术法布里-珀罗标准具法图2-7F-P标准具的透过率曲线图2-7示出了当r取不同值时，T(ν)与φ的变化曲线。由图可以看出，标准具有反射率r越大，则透射曲线越窄，选择性就越好。Δνmr第34页,共66页，星期六，2024年，5月激光纵模及选频、稳频技术法布里-珀罗标准具法在激光器的谐振腔内插入标准具,并选择适当的厚度和反射率,使Δνm与激光工作物质的增益线宽相当,如图2-8所示,处于中心频率的纵模与标准具最大透过率的Δνm相一致，故该模损耗最小，即Q值最大，可以起振，而其余的纵模则由于附加损耗太大，Q值过低而不能形成激光振荡。调节标准具的倾斜角以改变α，即可使Δνm与不同纵模频率重合，以获得不同频率的单纵模激光输出。C/(2nL)腔谐振频率C/(2nd)腔谐振频率单振荡频率第35页,共66页，星期六，2024年，5月激光纵模及选频、稳频技术法布里-珀罗标准具法在激光器的谐振腔内插入标准具,并选择适当的厚度和反射率,使Δνm与激光工作物质的增益线宽相当,如图2-8所示,处于中心频率的纵模与标准具最大透过率的Δνm相一致，故该模损耗最小，即Q值最大，可以起振，而其余的纵模则由于附加损耗太大，Q值过低而不能形成激光振荡。调节标准具的倾斜角以改变α，即可使Δνm与不同纵模频率重合，以获得不同频率的单纵模激光输出。Δνm图2-8F-P标准具选择单纵模F-P标准具选纵模的优点在于标准具平行平面板间的厚