激光模式分析PPT課件

1、受激輻射第1頁/共20頁一般激光器 激光工作介質(zhì)：氣體、液體、固體、半導(dǎo)體-粒子數(shù)反轉(zhuǎn) 激勵(lì)源：泵浦、抽運(yùn) 電激勵(lì)：用氣體放電的方法利用具有動(dòng)能的電子激發(fā)介質(zhì)原子 光激勵(lì)：脈沖光源照射工作介質(zhì) 熱激勵(lì) 化學(xué)激勵(lì) 諧振腔：光學(xué)諧振腔增益介質(zhì)放大雪崩第2頁/共20頁工作原理qqnL2nLcqcqq2縱模序數(shù)nLcq21縱模頻率間隔第3頁/共20頁腔的縱模在頻率尺度上是等距離排列的 激光器諧振腔內(nèi)可能存在的縱模示意圖 激光的縱模(軸模)：由整數(shù)q所表征的腔內(nèi)縱向穩(wěn)定場(chǎng)分布 整數(shù)q稱為縱模的序數(shù)，駐波系統(tǒng)在腔的軸線上零場(chǎng)強(qiáng)度的數(shù)目第4頁/共20頁單頻激光器和多模激光器 L=10厘米和L=30厘米的He

2、-Ne氣體激光器L=10厘米的He-Ne氣體激光器L=30厘米的He-Ne氣體激光器Hz105 . 19qHz105 . 09qNe原子的中心頻率：Ne原子的中心波長(zhǎng)：熒光光譜線寬：Hz105 . 19qs/1074. 4146328第5頁/共20頁激光器中出現(xiàn)的縱模數(shù) 工作原子自發(fā)輻射的熒光線寬越大，可能出現(xiàn)的縱模數(shù)越多。 激光器腔長(zhǎng)越大，相鄰縱模的頻率間隔越小，同樣的熒光譜線線寬內(nèi)可以容納的縱模數(shù)越多。第6頁/共20頁激光諧振腔內(nèi)低階縱模分布示意圖第7頁/共20頁激光縱模分布示意圖 第8頁/共20頁橫模-橫向X-Y面內(nèi)的穩(wěn)定場(chǎng)分布激光的模式用符號(hào)：激光的模式用符號(hào)：TEMmnqq q為縱模

3、的序數(shù)為縱模的序數(shù)( (縱向駐波波節(jié)數(shù)縱向駐波波節(jié)數(shù)) )，m,n (p,l)m,n (p,l)為橫模的序數(shù)。為橫模的序數(shù)。對(duì)于方形鏡，對(duì)于方形鏡，M M表示表示X X方向的節(jié)線數(shù)，方向的節(jié)線數(shù)， N N表示表示Y Y方向的節(jié)線數(shù)；方向的節(jié)線數(shù)； 對(duì)于圓形對(duì)于圓形鏡，鏡， p p 表示徑向節(jié)線數(shù)，即暗環(huán)數(shù)，表示徑向節(jié)線數(shù)，即暗環(huán)數(shù)，l l表示角向節(jié)線數(shù)，即暗直徑數(shù)表示角向節(jié)線數(shù)，即暗直徑數(shù)基模(橫向單模)：m=n=0,其它的橫模稱為高階橫模方形反射鏡和圓形反射鏡的橫模圖形放電毛細(xì)管反饋產(chǎn)生衍射2121)1)(1(arccos)(12RLRLnmnLcnm第9頁/共20頁方形反射鏡的橫模圖形第1

4、0頁/共20頁(c) TEM02(d) TEM03(a) TEM00(b) TEM10圓形反射鏡的橫模圖形第11頁/共20頁橫模電場(chǎng)分布及強(qiáng)度示意圖第12頁/共20頁激光諧振腔內(nèi)電場(chǎng)橫模分布示意圖-2-1012-2-101200.20.40.60.81-2-1012TEM00-2-1012-2-1012-0.2-0.100.10.2-2-1012TEM11第13頁/共20頁激光多橫模振蕩示意圖第14頁/共20頁激光模式的測(cè)量方法 橫模的測(cè)量方法：在光路中放置一個(gè)光屏；拍照；小孔或刀口掃描方法獲得激光束的強(qiáng)度分布，確定激光橫模的分布形狀 縱模的測(cè)量方法：法布里珀羅F-P掃描干涉儀測(cè)量，實(shí)驗(yàn)中利用

5、球面掃描干涉儀第15頁/共20頁縱模的測(cè)量方法：球面掃描干涉儀測(cè)量測(cè)量原理：通過測(cè)量激光輸出的頻率譜來判定模式高斯光束光學(xué)隔離1/4波片第16頁/共20頁球面掃描干涉儀兩球面鏡：組成無源腔小孔光闌：增加高次橫模的衍射損耗壓電陶瓷：通過改變電壓而改變腔長(zhǎng)因而導(dǎo)致改無源腔所允許通過激光頻率改變示波器的鋸齒波掃描電壓，對(duì)激光允許通過的頻率作周期性的掃描光電探測(cè)器：接收掃描到的激光頻率雙凸薄透鏡：待測(cè)的激光光束變換為無源腔的高斯光束。使待測(cè)激光束的全部能量耦合到無源腔的基模中去。偏振器和1/41/4波片組成光學(xué)隔離器，防止光重新回到待測(cè)激光器中去第17頁/共20頁球面掃描干涉儀相干極大透射aakl4ad