光谱线宽完整ppt课件

=1． 3× 109 HZ 因 此 ， 在 区 间 中 ， 可 以 存 在 的 纵 模 个 数 为
N
k
1 .3 10 9 1 .5 10 8
8
精选
9
8
比如缩短腔长Ｌ到 0.1c 即Ｌ 则 q0.110 q1=1.5×109Hz
在 区间中，可能存在的纵模个数为 Ｎ=1。
精选
10
9
3. 腔内插入法布里－珀罗标准具
如图所示。
1.3109 H z 精选
0
6
5
可以存在的纵模频率为
q
c q
q
c 2 nL
相邻两个纵模频率的间隔为
q
c 2 nL
数 量 级 估 计 ： Ｌ ～ 1ｍ ；
n～ 1.0；
c～ ３ × 108 m s
q
c 2 nL
3 10 8 211
1.5
10
8
Z
精选
8
7
而 氦 氖 激 光 器 0.6328 m 谱 线 的 宽 度 为
为标准具常数或称标准具的自由光谱范围。标准具的厚度d比谐振
腔的长度L小得多, 因此它的自由光谱区比谐振腔的纵模间隔大得
多。也可用频率表示之。因为
c
所以 c c 此为自由光谱区。
2
精选2nd
16
另一个重要参数是分辨本领：
A 0.97mS0.97m1R R
精选
简介完17毕
当满足
q H
q
3.线宽是激光原理重要概念，线宽的大小，常常 决定激光器中可能产生的纵模的数量。一般介质 中，线宽有多大？有多小？
精选
1
影响纵模数的因素：
参见：课本四章二节
（1）工作原子自发辐射的荧光线宽
（2）激光器的腔长
在谱线内，满足增益阈 值条件的那些纵模频率
才能形成激光
精选
2
选纵模
色散法 短腔法 标准具 复合腔
精选
3
1.色散腔粗选频率
激光介质的谱线常常不止一条，在选单一频率之前， 如果先使激光处在单一的谱线上,对选纵模有利。
原理：在腔中加入一色散元件，使不同波长的光发 生分离，其中只有较窄波长范围的光振荡，其他波 长的光偏离腔外。选出一条谱线,谱线的宽度可以 达到10nm。
精选
4
①棱镜:光通过棱镜时，不同的光出射角不同，则损耗不同，能
(式中，n为标准具介质的折射率；α′为光束进入标准具后的折射
角,一般很小，conα’ ≈ 1)。 精选
12
T(λ)是波长或φ及R的函数
选模技术，标准具简介
下图示出了当R取不同值时，T(ν)与φ的变化曲线。由图可以看出， 标准具有反射率R越大，则透射曲线越窄，选择性就越好。
精选
图5.3-5 F-P标准具的透过率
不能选出单一的频率。
5
2. 缩短腔长
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适用于荧光谱线较窄的激光器
使纵模间隔大于谱线有效宽度 增益曲线内只存在一个纵模
q
c 2L
H
设 氦 氖 激 光 器 N e原 子 的
I ( 0 )
0 ． 6 3 2 8 m 受 激 辐 射 光 I ( 0 )
纵模间隔
的 谱 线 宽 度 为 ,
I ( 0 ) 2
c
2 L
可获得单纵模输出
谐振腔纵模谱
增益曲线
精选
F-P透过率曲线
q 18
4.复合腔法 如果用一个反射干涉仪系统取代谐振腔中的一个反射镜，
则其组合反射率是光波长(频率)的函数。图5.3-8所示的是两种 组合干涉复合腔的原理图。
精选
19
图5.3-8 复合腔选模
图5.3-8(a)是一个迈克耳孙干涉仪式复合腔，它由一个迈克
多光束干涉，透射峰频率
q
q c
2ndcos
q 为正整数； n 为标准具两镜间介 质折射率； d 为标准具长度； 为标准具内光线与 法线的夹角
相邻透过率峰的频率间隔
精选 q
c
2ndcos
10 H
透射谱线宽度
q
c 1R 2nd R
R为镜反射率
q
c
2ndcos
H
精选
11
* 标准具简介
图5.3-4所示的是标准具选纵模装置示意图。法布里—珀罗(F-P)
够振荡的光只有一范围 。
②光栅
D
1 n2 sin2
角色散率
2(sin )
2 dn
最大偏离角
2 d
D
利用炫耀光栅方程： 2dsin0
满足上式的光才能在腔中振荡(入射光线和反射光线重合)。偏离
此式的光损耗大，偏离的多，光不能振荡。光沿槽法线方向入
射，出射光沿此方向。
特点：上述两种色散腔粗选法只能选出具有一定宽度的谱线，
耳孙干涉仪取代谐振腔的一个反射镜构成。该腔可以看成由两个子
腔组合而成，全反射镜M和M1组成一子腔，腔长为L+l1，（因为2nL= qiλi）谐振频率 υ1i={c/[2(L+ l1)]}qi(设n=1)。另一个子腔由全 反镜M和M2组成，其腔长为L+l2，谐振频率为υ2j={c/[2(L+ l2)]}q j 。激光器的谐振频率必须同时满足上面两个条件, 即{c/[2(L+ l 1)]}qi = {c/[2(L+ l2)]}qj , 而且第一个子腔的光束经过N个频率 间隔后的频率正好和第二个子腔的光束经过N+1个频率间隔后的频
λ2的干涉圆环的直径较λ1的小些，如图所示，
精选
14
标准具简介
当满足: 2ndcosi′= k λ1 =(k-1) λ2的第(k-1)级亮圆环重迭,因而得
λ2时，λ1的2第k级1亮圆k2环与
由于在法布里—珀罗标准具中, 大多数情况下, cosi′≈1，
所以上式中的k值应为
k
2nd
1
则得
12 ,实际上，
标准具对不同波长的光束具有 不同的透过率，可以用下式表示：
T () 1 1 F s2 i( n 2 )
1
1 F s2 i(2 n . .d)
(5.3-8)
式中，F
R
1R
为标准具的精细度；R为标准具的反射率；d
为标准具的厚度(即两平行面的间隔)；φ是标准具中参与多光束
干涉效应的相邻两出射光线的相位差，即 22ndcos
2nd
可认为 λ1 λ2=
2 1
或
2 2
，
还可省略λ的下标，故有：
2
2n d
c
c
m 2ncdos 2精n选d
以此k值代入上式，
K-1, λ1 K-1, λ2
K, K, K+1,
λλλ211
K+1, λ2
15
2
2n d
此Δλ值是某一波长光的干涉圆环和另一波长光的干涉圆环重合时
的波长差，亦即在给定d的标准具中，若入射光的波长在λ1到λ1+ Δλ的波长范围以内，则所产生的干涉圆环不重叠，我们称此Δλ
1 sin' 13' n sin
相邻两透过率极大值的间隔为(类似于前面的
c
c
m 2ncdos 2nd
q
c 2nL
):
上式通常称为标准具的自由光谱区。(下面解释之）
设波长为λ1和λ2 ( λ2﹥ λ1) 的两光以相同的方向射到法
布里—珀罗标准具上，( 2ndcosk
)它们各
生一组同心圆环状的干涉亮条纹(主最大)，对同一干涉级(k)，