ch6激光器特性的控制与改善

Ch.6激光器特性的控制与改善

本章讲述激光器特性的控制与改善的各种技术和基本工作原理．主要有提高激光相干性的模式的选择、稳频及注入锁定;为了获得窄脉冲高峰值功率的激光束，发展了Q调制、锁模及腔倒空等技术模式选择频率稳定Q调制注入锁定锁模14学时6-1模式选择激光的优点:

方向性、单色性和相干性。一般激光器:多模式输出含有高阶横模——光强分布不均匀，光束发散角较大；含有多纵模及多横模的激光束——单色性及相干性差激光准直、激光加工、非线性光学研究、激光中远程测距等——均需要单横模激光束。精密干涉计量、光通信及大面积全息照相等——要求激光是单横模、单纵横应用稳定腔：基模的衍射损耗最低，随着横模阶次的增高，衍射损耗将迅速增加。激光器以TEM模单模运转的充分条件是：TEM模的单程增益至少应能补偿它在腔内的单程损耗，一、横模选择横模选择的物理基础：谐振腔中不同横模具有不同的损耗6-1模式选择6-1模式选择1．小孔光阑选模2.谐振腔参数g、N选择法6-1模式选择平面腔：当腔镜倾斜时基模损耗增加最显著，腔的偏调有利于高阶模的优先振荡。稳定腔：由于基模体积最小面高阶模的体积较大，当腔镜发生倾斜时．高阶横模损耗显著增大，基模受到的影响较小，因而仍可继续维持振荡。这样，适当将腔镜倾斜就可以抑制高阶核模。3．非稳腔选模非稳腔是高损耗腔，不同横模的损耗有很大差异。腔在高增益激光器中选择横模的方法被广泛采用。4．微调谐振腔6-1模式选择二、纵模选择6-1模式选择1．短腔法2．行波腔法6-1模式选择3．选择性损耗法6-1模式选择6-2频率稳定一、兰姆凹陷稳频6-2频率稳定二、塞曼稳频6-2频率稳定三、饱和吸收稳频6-2频率稳定6-2频率稳定6-3Q调制一、Q调制激光器的工作原理6-3Q调制6-3Q调制

二、Q调制的方法6-3Q调制1．电光调Q2．声光调Q6-3Q调制

3．被动调Q6-3Q调制三、脉冲透射式调Q(腔倒空)6-3Q调制6-4注入锁定6-4注入锁定6-5锁模一、锁模原理6-5锁模6-5锁模二、实现锁模的方法6-5锁模6-5锁模小结一、基本概念横模选择的物理基础:谐振腔中不同横模具有不同的损耗。频率稳定性：表示在某一测量的时间间隔内频率的漂移量与频率的平均值之比。兰姆凹陷稳频：在非均匀加宽激光器中，以增益曲线中心为参考频率，通过电子控制系统检测激光输出频率并通过压电陶瓷控制腔长来实现稳频。调Q技术：就是通过控制谐振器的损耗来改变Q参数，从而获得高峰值功率、窄时间宽度的激光脉冲。脉冲反射式调Q：首先处于低Q值状态，使粒子数积累，能量储存在工作物质中，然后升高Q值，产生激光巨脉冲。脉冲透射式调Q：首先处于高Q值状态，使产生的受激辐射光子数在谐振腔内积累，能量储存在谐振器中，然后降低Q值，产生激光巨脉冲。二、基本公式7.锁模技术：对激光束进行特殊的调制，使不同的纵模具有确定的相位关系，从而产生相干迭加输出一列时间间隔一定的超短脉冲。小结三、主要知识点模式选择的几种方式兰姆凹陷稳频的工作原理Q调制激光器工作原理和特点锁模激光器的原理和特点四、习题③,④

小结研究人员用人类细胞制成生物激光发生器提到激光，人们通常会想到各种机械激光发生器，而美国研究人员6月12日在英国《自然—光子学》（NaturePhotonics）杂志上报告说，他们首次利用人类细胞制成了生物激光发生器，也就是用活生生的细胞来产生激光。

产生激光通常要有3个要素，第一是光源，第二是受激产生激光的“增益介质”，第三是将所产生的光聚拢到一起的“光学共振腔”。过去，人们都是利用有特殊性质的晶体来充当增益介质，而美国马萨诸塞综合医院的研究人员却发现，可以利用细胞来充当增益介质。

研究人员对一些人体肾细胞进行改造，使其能够产生一种绿色荧光蛋白。这种绿色荧光蛋白发现自会发光的水母，只要用蓝光照射，它就会发出绿色荧光。研究人员将这样的一个肾细胞放在由两面微小镜子组成的光学共振腔中，共振腔的宽度只有20微米。在用蓝光照射后，光学共振腔中果然放射出了激光。虽然这种激光很微弱，但能被清晰地探测到，而用于生成激光的这个细胞仍然存活。参与研究的马尔特·加特说，这一成果源于好奇心。由于此前激光均由各种机械装置生成，他和同事就想，“为什么自然界中没有生物能制造激光”，产生了用细胞组织试试看的念头，结果显示这是有可能实现的。

对于这项成果的应用前景，研究人员提出了几种可能。首先，由于不同的细胞结构所产生的激光在光学性质上有差异，可以通过分析最后得到的光，来研究细胞和机体组织；第二，目前医学上有一种光动力疗法，可把对光敏感的药物送到要医治的机体部位，然后用光照来激发药效，如果在这种疗法中能用上“细胞激光器”，也许可以增进疗效。

不过研究人员也表示，要完全实现在机体组织内部产生激光，还要解决一个问题，即如何在机体组织内形成一个光学共振腔，而不是像本次研究那样利用外部的两面小镜子。（来源：新华网黄堃）日本研制出世界最短波长X射线激光

日本研究人员近日利用X射线自由电子激光装置成功发射出波长仅0.12纳米的X射线激光，刷新了这种激光最短波长的世界纪录。

根据日本理化研究所和高辉度光科学研究中心联合发布的新闻公报，来自这两家机构的研究人员利用建在兵库县的X射线自由电子激光装置发出了波长仅0.12纳米的X射线激光，打破了美国的直线加速器相干光源于2009年4月创下的0.15纳米的最短波长世界纪录。

公报说，研究人员将X射线自由电子激光装置的监视器、电磁石等硬件，以及精密控制各种仪器的软件都按最佳设计进行了彻底调整，从2