第7章激光原理復習總結

1、1 1. 橫模選擇 單模運轉條件： 橫模選擇的物理基礎： 橫模選擇原則： 1)1 (, 1)1 ();exp()(1102100212010000rrerreII2gLrrIIlglg0210第七章第七章 激光器特性的控制與改善激光器特性的控制與改善盡量加大高階模和基模之間的衍射損耗差 盡可能減少除衍射損耗外的其它損耗，加大衍射損耗在總損耗中的比例.不同橫模有不同的衍射損耗 7.1 模式選擇模式選擇2影響衍射損耗的因素a.與腔型和g參數(shù)有關，不同的腔型和g，衍射損耗不同。b.同一種腔型，不同橫模，衍射損耗不同。 模 最小，隨著模序數(shù)增加， 越來越大。c.同一種腔型，菲涅爾數(shù) 不同，衍射損耗不同

2、。 00TEM0012()aNL3 橫模選擇方法橫模選擇方法： 諧振腔參數(shù)g、N選擇（諧振腔設計） 小孔光闌 非穩(wěn)腔 微調(diào)諧振腔4 小孔光闌選橫模小孔小孔基本思路： 減小諧振腔的菲涅耳數(shù)，增加衍射損耗 TEM00模和其它高階模有不同的光斑尺寸特點：方法簡單 不易獲得大功率輸出小孔光闌選模5 非穩(wěn)腔選橫模 非穩(wěn)腔屬于高損耗腔，相鄰橫模間衍射損耗差異大，適用于高增益激光器選橫模 微調(diào)諧振腔微調(diào)諧振腔平面腔：平面腔： 腔鏡傾斜使基模衍射損耗顯著增加，利于高階模的輸出腔鏡傾斜使基模衍射損耗顯著增加，利于高階模的輸出穩(wěn)定腔：基模體積最小，受腔傾斜的影響小，高階模的損耗顯著穩(wěn)定腔：基模體積最小，受腔傾斜的

3、影響小，高階模的損耗顯著增加，利于基模輸出增加，利于基模輸出62. 縱模選擇提高時間相干性縱模選擇提高時間相干性 縱模選擇原則 擴大相鄰縱模的增益差或人為引入損耗差 選縱模方法 短腔法縮短腔長，增大縱模間隔oscqLc2熒光線寬窄的激光器熒光線寬窄的激光器 選擇性損耗法（腔內(nèi)插入 F-P標準具）即振蕩線寬內(nèi)單縱模起振適用于：適用于：7 組合腔LD外腔半導體激光器隔離器激光工作物質(zhì)抑制空間燒孔效應 行波環(huán)形腔M1M2M3適當選擇M1M2的反射率，改變M3的位置可選出單模腔長頻率滿足干涉儀反射頻率的模式損耗最小而起振8頻率的穩(wěn)定性主要取決于，L的穩(wěn)定 Lcqq27.2 頻率穩(wěn)定頻率穩(wěn)定一、穩(wěn)頻目的

4、：使頻率本身穩(wěn)定，即不隨時間、地點變化，穩(wěn)頻是實際的要求。9二、穩(wěn)頻的一般原理：1.穩(wěn)頻的原理:采用負反饋電路控制穩(wěn)頻技術。選取一個穩(wěn)定的參考標準頻率，當外界影響使激光頻率偏離標準頻率時，鑒頻器鑒頻器給出誤差訊號,通過負反饋電路去控制腔長，使激光頻率自動回到標準頻率上。2.鑒頻器：是穩(wěn)頻的關鍵部件。任務：a.提供標準頻率。b.頻率鑒別：當激光器振蕩頻率偏離標準頻率時，能夠鑒別出來。對鑒頻器的要求：a.中心頻率要穩(wěn)定，標準頻率不能有漂移。b.靈敏度要高，微小變化能鑒別。 鑒頻器的類型：以原子譜線本身作為鑒頻器、以外界標準頻率做鑒頻器10三、穩(wěn)頻方法蘭姆凹陷穩(wěn)頻蘭姆凹陷穩(wěn)頻 塞曼穩(wěn)頻 飽和吸收穩(wěn)頻

5、（反蘭姆凹陷穩(wěn)頻蘭姆凹陷穩(wěn)頻 ） 無源腔穩(wěn)頻11 1. 調(diào)Q目的意義壓窄光脈沖寬度, 使有限的激光能量在極短的時間內(nèi) 輸出以提高脈沖峰值功率 2. 調(diào)Q基本思路 (1)抑制弛豫振蕩,使激光在n達到最大時在極短時間內(nèi)發(fā)生 (2) 通過某種方法使腔內(nèi)損耗按規(guī)定的程序變化 7.3 Q 調(diào)制制3調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)Q值的途徑值的途徑 一般采取一般采取改變腔內(nèi)損耗改變腔內(nèi)損耗的辦法來調(diào)節(jié)腔內(nèi)的的辦法來調(diào)節(jié)腔內(nèi)的Q值。值。4.4.調(diào)調(diào)Q Q技術技術就是通過某種方法使腔的Q值隨時間按一定程序變化的技術?；蛘哒f使腔的損耗隨時間按一定程序變化的技術。125. 操作程序 ： 泵浦激勵期間 (激光產(chǎn)生之前)： 高損耗, (低Q

6、), nt 高 反轉粒子數(shù)積累 在適當時刻 ：增益達到極大值： 低損耗, (高Q), nt 低 受激輻射放大形成巨脈沖Q開關關閉開關關閉Q開關打開開關打開6.調(diào)Q過程： 能量貯存過程能量貯存過程激光產(chǎn)生與輸出過程激光產(chǎn)生與輸出過程 137.7.調(diào)調(diào)Q方法方法 1. 電光調(diào)Q 2. 聲光調(diào)Q 3. 飽和吸收調(diào)Q 4. 轉鏡調(diào)Q 14YAG氙燈透反鏡全反鏡偏振器電光晶體帶偏振器的電光調(diào)Q裝置4電壓一、電光調(diào)一、電光調(diào)Q基本工作原理基本工作原理電光晶體調(diào)電光晶體調(diào)Q 屬于屬于快開關類型快開關類型，是目前應用最廣泛的一種是目前應用最廣泛的一種Q開開關關。其主要缺點是半波電壓較高，需要幾千伏的高壓脈沖，

7、對其主要缺點是半波電壓較高，需要幾千伏的高壓脈沖，對其他電子線路易造成干擾。其他電子線路易造成干擾。15二、二、 聲光調(diào)聲光調(diào)Q原理原理激光介質(zhì)激光介質(zhì)聲光器件聲光器件全反鏡全反鏡輸出鏡輸出鏡聲光調(diào)聲光調(diào)Q 屬于屬于 快開關類型，快開關類型，只能用于低增益的連續(xù)激光器上。只能用于低增益的連續(xù)激光器上。16開始泵浦開始泵浦腔內(nèi)熒光弱腔內(nèi)熒光弱吸收系數(shù)大吸收系數(shù)大Q值低值低不能形成激光不能形成激光繼續(xù)泵浦繼續(xù)泵浦腔內(nèi)熒光變強腔內(nèi)熒光變強吸收系數(shù)變小吸收系數(shù)變小熒光達到一定值時，吸熒光達到一定值時，吸收系數(shù)飽和收系數(shù)飽和燃料被漂白燃料被漂白 Q值突增，形成激光脈沖值突增，形成激光脈沖泵浦結束泵浦結束

8、激光介質(zhì)激光介質(zhì)染料盒染料盒 激光激光全反鏡全反鏡輸出鏡輸出鏡氙燈氙燈 染料透過率與光功率密度的關系染料透過率與光功率密度的關系三、飽和吸收染料的調(diào)三、飽和吸收染料的調(diào)Q原理原理飽和吸調(diào)飽和吸調(diào)Q ，是，是一種被動式的快開關類型一種被動式的快開關類型，結構簡單，使用方便，結構簡單，使用方便，沒有電的干擾沒有電的干擾，產(chǎn)生調(diào)產(chǎn)生調(diào)Q脈沖的時刻有一定的隨機性，不能人為脈沖的時刻有一定的隨機性，不能人為地控制。染料易變質(zhì)，需經(jīng)常更換，輸出不穩(wěn)定。地控制。染料易變質(zhì)，需經(jīng)常更換，輸出不穩(wěn)定。17四、轉鏡調(diào)四、轉鏡調(diào)Q利用改變反射鏡的平行度反射損耗來控制利用改變反射鏡的平行度反射損耗來控制Q值的方法。如

9、圖所示值的方法。如圖所示的是轉鏡調(diào)的是轉鏡調(diào) Q激光器的示意圖。它是把脈沖激光器諧振腔的全反激光器的示意圖。它是把脈沖激光器諧振腔的全反射鏡用一直角棱鏡取代，該棱鏡安裝在一個高速旋轉馬達的轉子射鏡用一直角棱鏡取代，該棱鏡安裝在一個高速旋轉馬達的轉子上，由于它繞垂直于腔的軸線作周而復始的旋轉，因此構成一個上，由于它繞垂直于腔的軸線作周而復始的旋轉，因此構成一個Q值作周期變化的諧振腔。值作周期變化的諧振腔。激光介質(zhì)激光介質(zhì) 激光激光半反半反鏡架鏡架棱鏡棱鏡磁頭磁頭磁鋼磁鋼電源電源光泵光泵電動機電動機觸發(fā)電路觸發(fā)電路 轉鏡調(diào)轉鏡調(diào)Q 屬于慢開關類型。屬于慢開關類型。目前已基本上不采用。目前已基本上不

10、采用。18四、脈沖透射式調(diào)Q （腔倒空 cavity depletion）諧振腔由全反射鏡M1和可控反射鏡可控反射鏡M2組成。t0時,M2鏡全反射,諧振腔處于高Q值狀態(tài),激光器振蕩但無輸出。激光能量儲存于諧振腔中。t=0時,控制M2鏡使其透射率達100%,儲存于腔內(nèi)的激光能量迅速逸出腔外,于是輸出一巨脈沖。這種調(diào)Q方式稱作脈沖透射式調(diào)Q或腔倒空.由于這種調(diào)Q方式是在全透射情況下輸出光脈沖,光子逸出諧振腔所需最長時間為2L/c(L為諧振腔光程長),所以輸出光脈沖持續(xù)時間約等于2L/c,脈寬僅為數(shù)納秒.19脈沖反射式調(diào)Q 能量儲存在介質(zhì) 2nL/c 幾十ns脈沖透射式調(diào)Q 能量儲存在腔內(nèi) 2L/c

11、 幾ns 調(diào)Q方式 特 點 建立時間 脈寬PTMPulse Transmission ModulationPRMPulse Reflection Modulation振蕩次數(shù)工作物質(zhì)儲能輸出激光脈沖諧振腔儲能輸出激光脈沖工作物質(zhì)儲能輸出激光脈沖諧振腔儲能脈沖反射式調(diào)Q脈沖透射式調(diào)Q脈沖反射透射式調(diào)Q20弱信號注入一自由運轉的振蕩器中產(chǎn)生鎖定振蕩器振弱信號注入一自由運轉的振蕩器中產(chǎn)生鎖定振蕩器振蕩特性的現(xiàn)象。蕩特性的現(xiàn)象。7.4 注入鎖定注入鎖定：注入鎖定：用一束弱的、性能優(yōu)良的激光束控制一個強激光器輸用一束弱的、性能優(yōu)良的激光束控制一個強激光器輸出光束的光譜、模式相位及空間特性。出光束的光譜、模式相位及空間特性。注入鎖定意義注入鎖定意義21主動鎖模 ( Actively mode locked )被動鎖模 ( Passive mode locking )自鎖模 ( self mode locking )實現(xiàn)鎖模的鎖模的主要方法實現(xiàn)鎖模的鎖模的主要方法7.5 鎖模鎖模 使各縱模在使各縱模在時間上同步，頻率間隔也保持一定時間上同步，頻率間隔也保持一定