激光技术——激光谐振腔.pptx
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1、2009湖北工大理学院1第二章 光学谐振腔1.光学谐振腔的构成和作用2.光学谐振腔的模式3.光学谐振腔的损耗,Q值及线宽4.光学谐振腔的几何光学分析5.光学谐振腔的衍射理论分析6.平行平面腔的Fox-Li数值迭代法7.稳定球面镜共焦腔8.一般稳定球面镜腔及等价共焦腔9.非稳定谐振腔10.选模技术2009湖北工大理学院2第一节 光学谐振腔的构成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镀有高反射率的反射镜构成。常用的基本概念:光轴:光轴:光学谐振腔中间垂直与镜面的轴线孔径孔径:光学谐振腔中起着限制光束大小、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
2、另外放置元件以限制光束为理想的形状。2009湖北工大理学院3光学谐振腔的种类n谐振腔的开放程度,闭腔、开腔、气体波导腔n开放式光学谐振腔(开腔)通常可以分为稳定腔、非稳定腔n反射镜形状,球面腔与非球面腔,端面反射腔与分布反馈腔n反射镜的多少,两镜腔与多镜腔,简单腔与复合腔2009湖北工大理学院4闭腔、开腔、气体波导腔闭腔开腔气体波导腔固体激光器的工作物质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,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闭腔 这是激光技术历史上最早提出的平行平面腔(F-P腔
3、)。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,简开放式光学谐振腔,简称开腔称开腔另一类光腔为气体波导激光谐气体波导激光谐振腔振腔,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。2009湖北工大理学院5稳定腔和非稳定腔看在腔内是否存在稳定振荡的高斯光束2009湖北工大理学院6由两块相距为L、平行放置的平面反射镜构成由两个以上的反射镜构成双凹球面镜腔:由两块相距为L,曲率半径分别为R1
4、和R2的凹球面反射镜构成R1+R2=LR1=R2=L一般球面腔RL2R平凹腔和凹凸平凹腔和凹凸与双凸腔图与双凸腔图2-2-1书中书中58页页2009湖北工大理学院7第一节 光学谐振腔的作用1.提供光学正反馈作用:使得振荡光束在腔内行进一次时,除了由腔内损耗和通过反射镜输出激光束等因素引起的光束能量减少外,还能保证有足够能量的光束在腔内多次往返经受激活介质的受激辐射放大而维持继续振荡。n影响谐振腔的光学反馈作用的两个因素:n组成腔的两个反射镜面的反射率;反射镜的几何形状以及它们之间的组合方式。2.产生对振荡光束的控制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1.有效地控制腔
5、内实际振荡的模式数目,获得单色性好、方向性强的相干光2.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3.可以控制腔内光束的损耗,在增益一定的情况下能控制激光束的输出功率2009湖北工大理学院8研究光学谐振腔的目的n通过了解谐振腔的特性,来正确设计和使用激光器的谐振腔,使激光器的输出光束特性达到应用的要求2009湖北工大理学院9第二节 光学谐振腔的模式(波型)n在具有一定边界条件的腔内,电磁场只能存在于一系列分立的本征态之中,场的每种本征态将具有一定的振荡频率和空间分布。n光学谐振腔的模式:谐振腔内可能存在的电磁场本征态。n模式与腔的结构之间具有依赖关系n光学谐振腔的模式分为
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