光学谐振腔学习教案

1、会计学1光学光学(gungxu)谐振腔谐振腔第一页，共32页。20092光学谐振腔的构成最简单的光学谐振腔是在激活介质两端恰当地放置两个(lin )镀有高反射率的反射镜构成。常用的基本概念：光轴：光学谐振腔中间垂直与镜面的轴线孔径：光学谐振腔中起着限制光束大小(dxio)、形状的元件，大多数情况下，孔径是激活物质的两个端面，但一些激光器中会另外放置元件以限制光束为理想的形状。第1页/共31页第二页，共32页。20093第2页/共31页第三页，共32页。20094闭腔开腔气体波导腔固体激光器的工作物质(wzh)通常具有比较高的折射率，因此在侧壁上将发生大量的全反射。如果腔的反射镜紧贴激光棒的两端

2、，则在理论上分析这类腔时，应作为介质腔来处理。半导体激光器是一种真正的介质波导腔。这类光学谐振腔称为闭腔 这是激光技术历史上最早提出的平行平面腔（F-P腔）。后来又广泛采用了由两块具有公共轴线的球面镜构成的谐振腔。从理论上分析这些腔时，通常认为(rnwi)侧面没有光学边界，因此将这类谐振腔称为开放式光学谐振腔，简称开腔另一类光腔为气体波导激光谐振腔气体波导激光谐振腔，其典型结构是一段空心介质波导管两端适当位置放置反射镜。这样，在空心介质波导管内，场服从波导中的传播规律，而在波导管与腔镜之间的空间中，场按与开腔中类似的规律传播。第3页/共31页第四页，共32页。20095看在腔内是否存在稳定振荡

3、(zhndng)的高斯光束第4页/共31页第五页，共32页。20096由两个以上(yshng)的反射镜构成双凹球面镜腔：由两块相距为L，曲率半径(bnjng)分别为R1和R2的凹球面反射镜构成R1+R2=LR1=R2=L一般球面腔RL2R平凹腔和凹凸与双凸腔图平凹腔和凹凸与双凸腔图2-2-1书中书中58页页第5页/共31页第六页，共32页。200972. 产生对振荡光束的控制(kngzh)作用改变腔的参数如：反射镜、几何形状、曲率半径、镜面反射率及配置n有效地控制腔内实际振荡的模式数目，获得单色性好、方向性强的相干光n可以直接控制激光束的横向分布特性、光斑大小、谐振频率及光束发散角n可以控制腔

4、内光束的损耗，在增益一定的情况下能控制激光束的输出功率第6页/共31页第七页，共32页。20098第7页/共31页第八页，共32页。20099第8页/共31页第九页，共32页。200910平行平面(pngmin)腔中平面(pngmin)波的往返传播光腔中的驻波2q 相位差：光学长度：L2L2/2qL22驻波条件(光波波长和平行平面腔腔长)：2q2qLq谐振频率(频率和平行平面腔腔长)：L2Cqq第9页/共31页第十页，共32页。200911谐振腔内q阶纵模的频率(pnl)为基纵模频率(pnl)的整数倍(q倍）L2Cqqq阶纵模频率可以表达为：基纵模的频率可以表达为：L2C1纵模的频率间隔：L2

5、Cq1qq第10页/共31页第十一页，共32页。200912 激光器谐振腔内可能存在的纵模示意图第11页/共31页第十二页，共32页。200913L=10厘米(l m)的He-Ne气体激光器L=30厘米(l m)的He-Ne气体激光器Hz105 . 19qHz105 . 09qHz105 . 09qNe原子的中心频率：Ne原子的中心波长：荧光光谱线宽：Hz105 . 19qs/1074. 4146328第12页/共31页第十三页，共32页。200914纳的纵模数越多。第13页/共31页第十四页，共32页。200915第14页/共31页第十五页，共32页。200916第15页/共31页第十六页，

6、共32页。200917激光(jgung)的模式用符号：TEMmnqq为纵模的序数(纵向驻波波节数)，m,n (p,l)为横模的序数。对于方形镜，M表示X方向的节线数， N表示Y方向的节线数； 对于圆形镜， p 表示径向(jn xin)节线数，即暗环数，l表示角向节线数，即暗直径数基模(横向单模)：m=n=0,其它的横模称为高阶横模方形反射镜和圆形反射镜的横模图形第16页/共31页第十七页，共32页。200918第17页/共31页第十八页，共32页。200919(c) TEM02(d) TEM03(a) TEM00(b) TEM10第18页/共31页第十九页，共32页。200920第19页/共3

7、1页第二十页，共32页。200921TEM00第20页/共31页第二十一页，共32页。200922TEM11第21页/共31页第二十二页，共32页。200923第22页/共31页第二十三页，共32页。200924u1 u3 u2 u4 理想(lxing)开腔：两块反射镜的直径为2a，间距为L横模(自再现模): 在腔反射镜面上经过一次往返传播(chunb)后能“自再现”的稳定场分布实际情况下，谐振腔的截面是受腔中的其他光阑限制的，67页的图2-2-5给出了孔阑传输线的自再现模的形成第23页/共31页第二十四页，共32页。200925第24页/共31页第二十五页，共32页。200926测量原理：通

8、过(tnggu)测量激光输出的频率谱来判定模式第25页/共31页第二十六页，共32页。200927两球面镜：组成(z chn)无源腔小孔光阑：增加(zngji)高次横模的衍射损耗压电陶瓷：通过改变电压而改变腔长因而导致改无源腔所允许通过激光频率改变示波器的锯齿波扫描电压，对激光允许通过的频率作周期性的扫描光电探测器：接收扫描到的激光频率双凸薄透镜：待测的激光光束变换为无源腔的高斯光束。使待测激光束的全部能量耦合到无源腔的基模中去。偏振器和1/4波片组成光学隔离器，防止光重新回到待测激光器中去第26页/共31页第二十七页，共32页。200928L2Cq1qq纵模的频率(pnl)间隔：q阶纵模频率

9、(pnl)可以表达为：L2Cqq第27页/共31页第二十八页，共32页。200929GHzHzmmnLc3 . 01031052sec1032818671105803. 110328. 610522mmLqq 解:Hz105 . 19q5Hz103Hz105 . 189q第28页/共31页第二十九页，共32页。200930纵模的频率间隔为：由：m = 0.6328000*10-6 m 可以得到：第29页/共31页第三十页，共32页。200931故：lm = 632.8000 nm , lm+1 = 632.7996 nm相邻(xin ln)纵模的波长差：lm - lm+1 =4*10-13 m则有：第30页/共31页第三十一页，共32页。NoImage内容(nirng)总结会计学。谐振腔的开放程度，闭腔、开腔、气体波导腔。双凹球面镜腔：由两块相距为L，曲率半径分别为R1和R2的凹球面反射镜构成。可以直接控制激光束的横向分布(fnb)特性、光斑大