9HeN讲义e激光模式分析

(c) TEM02
(d) TEM03
圆形反射镜的横模图形
横模电场分布及强度示意图
(a) TEM00 (b) TEM10 (c) TEM20
激光谐振腔内电场横模分布示意图
TEM00
TEM11
激光多横模振荡示意图
激光模式的测量方法
横模的测量方法：在光路中放置一个光屏；拍照
；小孔或刀口扫描方法获得激光束的强度分布，确定 激光横模的分布形状
F
c 4l
l 20mm F3.75GHz
感谢聆听！
L=10厘米的He-Ne气体激光器
q 1.5109Hz
L=30厘米的He-Ne气体激光器
q 0.5109Hz
Ne原子的中心频率： 4.7 41104 /s
Ne原子的中心波长： 6328À
荧光光谱线宽： q 1.5109Hz
激光器中出现的纵模数
工作原子自发辐射 的荧光线宽越大， 可能出现的纵模数 越多。
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
球面扫描干涉仪
相干极大透射 4la ka
自由光谱范围
4ldkd(k1)a
d
a
ad
4ld
F
2 4l
基模(横向单模)： m=n=0, 其它的横模称为高阶 横模
放电毛细管反馈产生衍射
方形反射镜和圆形反射镜的横模图形
m n 2 c n L 1( m n)ar c ( 1 cRL1 o )1 s ( RL2) 1 2
方形反射镜的横模图形ห้องสมุดไป่ตู้
(a) TEM00
(b) TEM10
激光器腔长越大， 相邻纵模的频率间 隔越小，同样的荧 光谱线线宽内可以 容纳的纵模数越多。
激光谐振腔内低阶纵模分布示意图
激光纵模分布示意图
横模-横向X-Y面内的稳定场分布
激光的模式用符号： TEMmnq
q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 表示径向节线数，即暗环数，l表示角向节线数，即暗直径数
纵模序数
2nLqq
q
c
q
q c 2nL
纵模频率间隔
q1
c 2nL
腔的纵模在频率尺度上是等距离排列的
激光的纵模(轴模)：由整数q所表征的腔内纵向稳定场分 布
整数q称为纵模的序数，驻波系统在腔的轴线上零场强 度的数目
激光器谐振腔内可能存在的纵模示意图
单频激光器和多模激光器
L=10厘米和L=30厘米的He-Ne气体激光器
纵模的测量方法：法布里－珀罗F-P扫描干涉仪
测量，实验中利用球面扫描干涉仪
纵模的测量方法：球面扫描干涉仪测量
高斯光束 光学隔离
1/4波片 测量原理：通过测量激光输出的频率谱来判定模式
球面扫描干涉仪
两球面镜：组成无源腔 小孔光阑：增加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
9HeNe激光模式分析
精品jin
自发辐射
受激辐射
一般激光器
激光工作介质：气体、液体、固体、半导体-----粒子数反转
激励源：泵浦、抽运 电激励：用气体放电的方法利用具有动能的电 子激发介质原子 光激励：脉冲光源照射工作介质 热激励 化学激励
谐振腔：光学谐振腔—增益介质放大—雪崩
工作原理