光學(xué)諧振腔學(xué)習(xí)教案

1、會計學(xué)1光學(xué)光學(xué)(gungxu)諧振腔諧振腔第一頁，共32頁。20092光學(xué)諧振腔的構(gòu)成最簡單的光學(xué)諧振腔是在激活介質(zhì)兩端恰當(dāng)?shù)胤胖脙蓚€(lin )鍍有高反射率的反射鏡構(gòu)成。常用的基本概念：光軸：光學(xué)諧振腔中間垂直與鏡面的軸線孔徑：光學(xué)諧振腔中起著限制光束大小(dxio)、形狀的元件，大多數(shù)情況下，孔徑是激活物質(zhì)的兩個端面，但一些激光器中會另外放置元件以限制光束為理想的形狀。第1頁/共31頁第二頁，共32頁。20093第2頁/共31頁第三頁，共32頁。20094閉腔開腔氣體波導(dǎo)腔固體激光器的工作物質(zhì)(wzh)通常具有比較高的折射率，因此在側(cè)壁上將發(fā)生大量的全反射。如果腔的反射鏡緊貼激光棒的兩端

2、，則在理論上分析這類腔時，應(yīng)作為介質(zhì)腔來處理。半導(dǎo)體激光器是一種真正的介質(zhì)波導(dǎo)腔。這類光學(xué)諧振腔稱為閉腔 這是激光技術(shù)歷史上最早提出的平行平面腔（F-P腔）。后來又廣泛采用了由兩塊具有公共軸線的球面鏡構(gòu)成的諧振腔。從理論上分析這些腔時，通常認(rèn)為(rnwi)側(cè)面沒有光學(xué)邊界，因此將這類諧振腔稱為開放式光學(xué)諧振腔，簡稱開腔另一類光腔為氣體波導(dǎo)激光諧振腔氣體波導(dǎo)激光諧振腔，其典型結(jié)構(gòu)是一段空心介質(zhì)波導(dǎo)管兩端適當(dāng)位置放置反射鏡。這樣，在空心介質(zhì)波導(dǎo)管內(nèi)，場服從波導(dǎo)中的傳播規(guī)律，而在波導(dǎo)管與腔鏡之間的空間中，場按與開腔中類似的規(guī)律傳播。第3頁/共31頁第四頁，共32頁。20095看在腔內(nèi)是否存在穩(wěn)定振蕩

3、(zhndng)的高斯光束第4頁/共31頁第五頁，共32頁。20096由兩個以上(yshng)的反射鏡構(gòu)成雙凹球面鏡腔：由兩塊相距為L，曲率半徑(bnjng)分別為R1和R2的凹球面反射鏡構(gòu)成R1+R2=LR1=R2=L一般球面腔RL2R平凹腔和凹凸與雙凸腔圖平凹腔和凹凸與雙凸腔圖2-2-1書中書中58頁頁第5頁/共31頁第六頁，共32頁。200972. 產(chǎn)生對振蕩光束的控制(kngzh)作用改變腔的參數(shù)如：反射鏡、幾何形狀、曲率半徑、鏡面反射率及配置n有效地控制腔內(nèi)實(shí)際振蕩的模式數(shù)目，獲得單色性好、方向性強(qiáng)的相干光n可以直接控制激光束的橫向分布特性、光斑大小、諧振頻率及光束發(fā)散角n可以控制腔

4、內(nèi)光束的損耗，在增益一定的情況下能控制激光束的輸出功率第6頁/共31頁第七頁，共32頁。20098第7頁/共31頁第八頁，共32頁。20099第8頁/共31頁第九頁，共32頁。200910平行平面(pngmin)腔中平面(pngmin)波的往返傳播光腔中的駐波2q 相位差：光學(xué)長度：L2L2/2qL22駐波條件(光波波長和平行平面腔腔長)：2q2qLq諧振頻率(頻率和平行平面腔腔長)：L2Cqq第9頁/共31頁第十頁，共32頁。200911諧振腔內(nèi)q階縱模的頻率(pnl)為基縱模頻率(pnl)的整數(shù)倍(q倍）L2Cqqq階縱模頻率可以表達(dá)為：基縱模的頻率可以表達(dá)為：L2C1縱模的頻率間隔：L2

5、Cq1qq第10頁/共31頁第十一頁，共32頁。200912 激光器諧振腔內(nèi)可能存在的縱模示意圖第11頁/共31頁第十二頁，共32頁。200913L=10厘米(l m)的He-Ne氣體激光器L=30厘米(l m)的He-Ne氣體激光器Hz105 . 19qHz105 . 09qHz105 . 09qNe原子的中心頻率：Ne原子的中心波長：熒光光譜線寬：Hz105 . 19qs/1074. 4146328第12頁/共31頁第十三頁，共32頁。200914納的縱模數(shù)越多。第13頁/共31頁第十四頁，共32頁。200915第14頁/共31頁第十五頁，共32頁。200916第15頁/共31頁第十六頁，

6、共32頁。200917激光(jgung)的模式用符號：TEMmnqq為縱模的序數(shù)(縱向駐波波節(jié)數(shù))，m,n (p,l)為橫模的序數(shù)。對于方形鏡，M表示X方向的節(jié)線數(shù)， N表示Y方向的節(jié)線數(shù)； 對于圓形鏡， p 表示徑向(jn xin)節(jié)線數(shù)，即暗環(huán)數(shù)，l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第16頁/共31頁第十七頁，共32頁。200918第17頁/共31頁第十八頁，共32頁。200919(c) TEM02(d) TEM03(a) TEM00(b) TEM10第18頁/共31頁第十九頁，共32頁。200920第19頁/共3

7、1頁第二十頁，共32頁。200921TEM00第20頁/共31頁第二十一頁，共32頁。200922TEM11第21頁/共31頁第二十二頁，共32頁。200923第22頁/共31頁第二十三頁，共32頁。200924u1 u3 u2 u4 理想(lxing)開腔：兩塊反射鏡的直徑為2a，間距為L橫模(自再現(xiàn)模): 在腔反射鏡面上經(jīng)過一次往返傳播(chunb)后能“自再現(xiàn)”的穩(wěn)定場分布實(shí)際情況下，諧振腔的截面是受腔中的其他光闌限制的，67頁的圖2-2-5給出了孔闌傳輸線的自再現(xiàn)模的形成第23頁/共31頁第二十四頁，共32頁。200925第24頁/共31頁第二十五頁，共32頁。200926測量原理：通

8、過(tnggu)測量激光輸出的頻率譜來判定模式第25頁/共31頁第二十六頁，共32頁。200927兩球面鏡：組成(z chn)無源腔小孔光闌：增加(zngji)高次橫模的衍射損耗壓電陶瓷：通過改變電壓而改變腔長因而導(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，對激光允許通過的頻率作周期性的掃描光電探測器：接收掃描到的激光頻率雙凸薄透鏡：待測的激光光束變換為無源腔的高斯光束。使待測激光束的全部能量耦合到無源腔的基模中去。偏振器和1/4波片組成光學(xué)隔離器，防止光重新回到待測激光器中去第26頁/共31頁第二十七頁，共32頁。200928L2Cq1qq縱模的頻率(pnl)間隔：q階縱模頻率

9、(pnl)可以表達(dá)為：L2Cqq第27頁/共31頁第二十八頁，共32頁。200929GHzHzmmnLc3 . 01031052sec1032818671105803. 110328. 610522mmLqq 解:Hz105 . 19q5Hz103Hz105 . 189q第28頁/共31頁第二十九頁，共32頁。200930縱模的頻率間隔為：由：m = 0.6328000*10-6 m 可以得到：第29頁/共31頁第三十頁，共32頁。200931故：lm = 632.8000 nm , lm+1 = 632.7996 nm相鄰(xin ln)縱模的波長差：lm - lm+1 =4*10-13 m則有：第30頁/共31頁第三十一頁，共32頁。NoImage內(nèi)容(nirng)總結(jié)會計學(xué)。諧振腔的開放程度，閉腔、開腔、氣體波導(dǎo)腔。雙凹球面鏡腔：由兩塊相距為L，曲率半徑分別為R1和R2的凹球面反射鏡構(gòu)成?？梢灾苯涌刂萍す馐臋M向分布(fnb)特性、光斑大