第7章激光原理复习总结

1、1/23 1. 横模选择 单模运转条件： 横模选择的物理基础： 横模选择原则： 1)1 (, 1)1 ();exp()(1102100212010000rrerreII2gLrrIIlglg0210第七章第七章 激光器特性的控制与改善激光器特性的控制与改善尽量加大高阶模和基模之间的衍射损耗差 尽可能减少除衍射损耗外的其它损耗，加大衍射损耗在总损耗中的比例.不同横模有不同的衍射损耗 7.1 模式选择模式选择2/23影响衍射损耗的因素a.与腔型和g参数有关，不同的腔型和g，衍射损耗不同。b.同一种腔型，不同横模，衍射损耗不同。 模 最小，随着模序数增加， 越来越大。c.同一种腔型，菲涅尔数 不同，

2、衍射损耗不同。 00TEM0012()aNL3/23 横模选择方法横模选择方法： 谐振腔参数g、N选择（谐振腔设计） 小孔光阑 非稳腔 微调谐振腔4/23 小孔光阑选横模小孔小孔基本思路： 减小谐振腔的菲涅耳数，增加衍射损耗 TEM00模和其它高阶模有不同的光斑尺寸特点：方法简单 不易获得大功率输出小孔光阑选模5/23 非稳腔选横模 非稳腔属于高损耗腔，相邻横模间衍射损耗差异大，适用于高增益激光器选横模 微调谐振腔微调谐振腔平面腔：平面腔： 腔镜倾斜使基模衍射损耗显著增加，利于高阶模的输出腔镜倾斜使基模衍射损耗显著增加，利于高阶模的输出稳定腔：基模体积最小，受腔倾斜的影响小，高阶模的损耗显著稳

3、定腔：基模体积最小，受腔倾斜的影响小，高阶模的损耗显著增加，利于基模输出增加，利于基模输出6/232. 纵模选择提高时间相干性纵模选择提高时间相干性 纵模选择原则 扩大相邻纵模的增益差或人为引入损耗差 选纵模方法 短腔法缩短腔长，增大纵模间隔oscqLc2荧光线宽窄的激光器荧光线宽窄的激光器 选择性损耗法（腔内插入 F-P标准具）即振荡线宽内单纵模起振适用于：适用于：7/23 组合腔LD外腔半导体激光器隔离器激光工作物质抑制空间烧孔效应 行波环形腔M1M2M3适当选择M1M2的反射率，改变M3的位置可选出单模腔长频率满足干涉仪反射频率的模式损耗最小而起振8/23频率的稳定性主要取决于，L的稳定

4、 Lcqq27.2 频率稳定频率稳定一、稳频目的：使频率本身稳定，即不随时间、地点变化，稳频是实际的要求。9/23二、稳频的一般原理：1.稳频的原理:采用负反馈电路控制稳频技术。选取一个稳定的参考标准频率，当外界影响使激光频率偏离标准频率时，鉴频器鉴频器给出误差讯号,通过负反馈电路去控制腔长，使激光频率自动回到标准频率上。2.鉴频器：是稳频的关键部件。任务：a.提供标准频率。b.频率鉴别：当激光器振荡频率偏离标准频率时，能够鉴别出来。对鉴频器的要求：a.中心频率要稳定，标准频率不能有漂移。b.灵敏度要高，微小变化能鉴别。 鉴频器的类型：以原子谱线本身作为鉴频器、以外界标准频率做鉴频器10/23

5、三、稳频方法兰姆凹陷稳频兰姆凹陷稳频 塞曼稳频 饱和吸收稳频（反兰姆凹陷稳频兰姆凹陷稳频 ） 无源腔稳频11/23 1. 调Q目的意义压窄光脉冲宽度, 使有限的激光能量在极短的时间内 输出以提高脉冲峰值功率 2. 调Q基本思路 (1)抑制弛豫振荡,使激光在n达到最大时在极短时间内发生 (2) 通过某种方法使腔内损耗按规定的程序变化 7.3 Q 调制制3调节调节Q值的途径值的途径 一般采取一般采取改变腔内损耗改变腔内损耗的办法来调节腔内的的办法来调节腔内的Q值。值。4.4.调调Q Q技术技术就是通过某种方法使腔的Q值随时间按一定程序变化的技术。或者说使腔的损耗随时间按一定程序变化的技术。12/2

6、35. 操作程序 ： 泵浦激励期间 (激光产生之前)： 高损耗, (低Q), nt 高 反转粒子数积累 在适当时刻 ：增益达到极大值： 低损耗, (高Q), nt 低 受激辐射放大形成巨脉冲Q开关关闭开关关闭Q开关打开开关打开6.调Q过程： 能量贮存过程能量贮存过程激光产生与输出过程激光产生与输出过程 13/237.7.调调Q方法方法 1. 电光调Q 2. 声光调Q 3. 饱和吸收调Q 4. 转镜调Q 14/23YAG氙灯透反镜全反镜偏振器电光晶体带偏振器的电光调Q装置4电压一、电光调一、电光调Q基本工作原理基本工作原理电光晶体调电光晶体调Q 属于属于快开关类型快开关类型，是目前应用最广泛的一

7、种是目前应用最广泛的一种Q开开关关。其主要缺点是半波电压较高，需要几千伏的高压脉冲，对其主要缺点是半波电压较高，需要几千伏的高压脉冲，对其他电子线路易造成干扰。其他电子线路易造成干扰。15/23二、二、 声光调声光调Q原理原理激光介质激光介质声光器件声光器件全反镜全反镜输出镜输出镜声光调声光调Q 属于属于 快开关类型，快开关类型，只能用于低增益的连续激光器上。只能用于低增益的连续激光器上。16/23开始泵浦开始泵浦腔内荧光弱腔内荧光弱吸收系数大吸收系数大Q值低值低不能形成激光不能形成激光继续泵浦继续泵浦腔内荧光变强腔内荧光变强吸收系数变小吸收系数变小荧光达到一定值时，吸荧光达到一定值时，吸收系

8、数饱和收系数饱和燃料被漂白燃料被漂白 Q值突增，形成激光脉冲值突增，形成激光脉冲泵浦结束泵浦结束激光介质激光介质染料盒染料盒 激光激光全反镜全反镜输出镜输出镜氙灯氙灯 染料透过率与光功率密度的关系染料透过率与光功率密度的关系三、饱和吸收染料的调三、饱和吸收染料的调Q原理原理饱和吸调饱和吸调Q ，是，是一种被动式的快开关类型一种被动式的快开关类型，结构简单，使用方便，结构简单，使用方便，没有电的干扰没有电的干扰，产生调产生调Q脉冲的时刻有一定的随机性，不能人为脉冲的时刻有一定的随机性，不能人为地控制。染料易变质，需经常更换，输出不稳定。地控制。染料易变质，需经常更换，输出不稳定。17/23四、转

9、镜调四、转镜调Q利用改变反射镜的平行度反射损耗来控制利用改变反射镜的平行度反射损耗来控制Q值的方法。如图所示值的方法。如图所示的是转镜调的是转镜调 Q激光器的示意图。它是把脉冲激光器谐振腔的全反激光器的示意图。它是把脉冲激光器谐振腔的全反射镜用一直角棱镜取代，该棱镜安装在一个高速旋转马达的转子射镜用一直角棱镜取代，该棱镜安装在一个高速旋转马达的转子上，由于它绕垂直于腔的轴线作周而复始的旋转，因此构成一个上，由于它绕垂直于腔的轴线作周而复始的旋转，因此构成一个Q值作周期变化的谐振腔。值作周期变化的谐振腔。激光介质激光介质 激光激光半反半反镜架镜架棱镜棱镜磁头磁头磁钢磁钢电源电源光泵光泵电动机电动

10、机触发电路触发电路 转镜调转镜调Q 属于慢开关类型。属于慢开关类型。目前已基本上不采用。目前已基本上不采用。18/23四、脉冲透射式调Q （腔倒空 cavity depletion）谐振腔由全反射镜M1和可控反射镜可控反射镜M2组成。t0时,M2镜全反射,谐振腔处于高Q值状态,激光器振荡但无输出。激光能量储存于谐振腔中。t=0时,控制M2镜使其透射率达100%,储存于腔内的激光能量迅速逸出腔外,于是输出一巨脉冲。这种调Q方式称作脉冲透射式调Q或腔倒空.由于这种调Q方式是在全透射情况下输出光脉冲,光子逸出谐振腔所需最长时间为2L/c(L为谐振腔光程长),所以输出光脉冲持续时间约等于2L/c,脉宽

11、仅为数纳秒.19/23脉冲反射式调Q 能量储存在介质 2nL/c 几十ns脉冲透射式调Q 能量储存在腔内 2L/c 几ns 调Q方式 特 点 建立时间 脉宽PTMPulse Transmission ModulationPRMPulse Reflection Modulation振荡次数工作物质储能输出激光脉冲谐振腔储能输出激光脉冲工作物质储能输出激光脉冲谐振腔储能脉冲反射式调Q脉冲透射式调Q脉冲反射透射式调Q20/23弱信号注入一自由运转的振荡器中产生锁定振荡器振弱信号注入一自由运转的振荡器中产生锁定振荡器振荡特性的现象。荡特性的现象。7.4 注入锁定注入锁定：注入锁定：用一束弱的、性能优良的激光束控制一个强激光器输用一束弱的、性能优良的激光束控制一个强激光器输出光束的光谱、模式相位及空间特性。出光束的光谱、模式相位及空间特性。注入锁定意义注入锁定意义21/23主动锁模 ( Actively mode locked )被动锁模 ( Passive mode locking )自锁模 ( self mode locking )实现锁模的锁模的主要方法实现锁模的锁模的主要方法7.5 锁模锁模 使各纵模在使各纵模在时间上同步，频率间隔也保持一定时间上同步，频率间隔也保持一定，则激