精选第二章 激光谐振腔技术选模及稳频技术.ppt

激光振荡的可能纵模数主要由工作物质的增益线宽 Δν 0 和谐振腔的纵模间隔 Δν q 决定。而纵模间隔 与腔长成反比，因此选择单纵模的方法之 一是缩短谐振腔的长度Ｌ , 以增大 Δν q ，使得在 Δν 0 范围内只存在一个纵模， 而其余的纵模都位于 Δν 0 之外，如图 2-5 所示。 激光纵模及选频、稳频技术 短腔法 nL c q 2 ? ? ? 方法原理 其中 Δν 0 表示增益曲线高于阈值部分的宽度， 相邻纵模的频率间隔为 Δν q ，则可能同时振荡 的纵模数 n q n ? ? ? ? ? 0 △ν q △ν 0 图 2-4 31 如 He-Ne 激光器，当 L=1m 时，其纵模间隔 =150MHz( 设 n=1) 。 Δν 0 = 1500 MHz ，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 nL c q 2 ? ? ? 32 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： ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 2 2 sin 2 1 1 ) ( ? ? ? F T r r F ? ? 1 ? ? ? ? ? ? ? cos 2 2 nd 33 激光纵模及选频、稳频技术 法布里 - 珀罗标准具法 图 2-6 F-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。 34 激光纵模及选频、稳频技术 法布里 - 珀罗标准具法 图 2-7 F-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。 Δνm r 35 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 Δν m 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 Δν m 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 Δν m 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 36 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 Δν m 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 Δν m 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 Δν m 与不同纵模频率重合，以获得不同频率的单纵模激 光输出。 Δν m 图 2-8 F-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 行平面板间的厚度可以做得很薄，由 于腔长没有缩短，输出功率仍可很大。 37 激光纵模及选频、稳频技术 法布里 - 珀罗标准具法 气体激光器的荧光线宽一般比较窄，用 标准具法选纵模时，只要一个标准具就 可以实现；但是对于固体激光器 , 由于 荧光线宽很宽 , 只有一个标准具往往难 以实现，如果标准具的自由光谱区很 大，它的带宽也就比较宽，因而就难以 保证单纵模振荡，所以不得再插入第二 个自由光谱区较小的标准具才能获得单 纵模 ( 如图 2-9 所示 ) 。 图 2-9 双标准具选择单纵模 38 激光纵模及选频、稳频技术 复合腔法 如果用一个反射干涉仪系统取代谐振腔中的一个反射镜，则其组合反射率 是光波长 ( 频率 ) 的函数。图 2-10 所示的是两种组合干涉复合腔的原理图。 图 2-10 复合腔选模 方法原理 39 对图 2-10 所示的迈克尔复合腔可以看成是又两个子腔组合