激光器特性的控制与改善.ppt

第七章激光器特性的控制与改善7.l模式选择一、横模选择在各个横模的增益大体相同的条件下，衍射损耗的差别是进行横模选择的根据。必须尽量增大高阶横模与基模的衍射损耗比。同时还应使衍射损耗在总损耗中占有足够的比例。当N不太小时共焦腔和半共焦腔的衍射损耗很低，与其他损耗相比，往往可以忽略，因而无法利用它的模鉴别力高的优点实现选模。

共焦腔及半共焦腔基模体积甚小，因而其单模振荡功率也低。平面腔与共心腔虽然模式鉴别力低。但由于衍射损耗的绝对值较大，反而容易利用模式间的损耗差实现横模选择。而且模体积较大，可获得高功率单模振荡。图对称稳定腔的两个低次模的单程损耗比图平凹稳定腔的两个低次模的单程损耗比1．小孔光阑选模图小孔光阑选模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。利用非稳腔可在高增益激光器中选择横模。4．微调谐振腔
对于平面腔，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。
对于稳定腔，由于基模体积最小而高阶模的体积较大，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。适当将腔镜倾斜就可以抑制高阶横模。在激光工作物质中，往往存在多对激光振荡能级，利用窄带介质膜反射镜、光栅或棱镜组成色散腔获得特定波长跃迁的振荡。1．短腔法2．行波腔法图环形行波腔激光器图腔内插入法珀标准具若在腔内插入标准具或构成组合腔．则由于多光束干涉效应，谐振腔具有与频率有关的选择性损耗，损耗小的纵模形成振荡，损耗大的纵模则被抑制。

多光束干涉后只有某些特定频率的光能透过标准具在腔内往返传播具有较小的损耗。其他频率的光具有很大的损耗。标准具透射率峰对应的频率为j为正整数，为标准具二镜间介质的折射率，d为标准具长度，为标准具内光线与法线的夹角。则可获得单纵模输出。可求出所需标准具长度d及镜面反射率r,若调整角，使vj对准靠近增益曲线中心频率的纵模频率，条件尚可放宽图含法—珀标准具腔选模原理图(a)小信号增益曲线(b)纵模谱(c)法珀具透射率曲线．图福克斯·史密斯干涉仪选模装置外腔半导体激光器中，激光二极管(LD)的两个解理面M1、M2和外反射镜M3组成复合腔，适当选择反射率并调节M3的位置可选出单长腔模。5.2频率稳定环境温度的起伏，激光管的发热及机械振动都会引起谐振腔几何长度的改变。温度的变化、介质中反转集居数的起伏以及大气的气压、湿度变化都会影响激光工作物质及谐振腔裸露于大气部分的折射率。为了改善频率稳定性通常采用电子伺服控制稳频技术，当激光频率偏离标准频率时鉴频器给出误差信号控制腔长，使激光频率自动回到标准频率上。

频率稳定特性包含着频率稳定性及频率复现性两个问题。频率稳定性描述激光领率在参考标准频率、附近的漂移，而频率复现性则是指参考标准频率本身的变化。一、兰姆凹陷稳频图说明兰姆下陷稳频原理示意图要求兰姆凹陷窄而深。使激光器工作于最佳电流并降低损耗可以增加凹陷深度。凹陷宽度则正比于L，因而正比于气压，故降低气压可使凹陷变窄，但气压过低会使激光器功率降低甚至使激光不能产生。二.塞曼稳频图双频激光器稳频示意图图双频激光管的增益、色散曲线及振荡模谱(末加磁场时)图双频激光管的增益、色散曲线及振荡模谱(加纵向磁场)在未加磁场时，腔长足够短时只有频率为vq的纵模振荡。如果vq=v0，则频率牵引为零。此时折射率（0）＝0＝1
加磁场后，光谱线发生塞曼分裂，沿着磁场方向观察时，谱线分裂右旋和左旋圆偏振光。随着光谱线的分裂，增益曲线和色散曲线也发生分裂，考虑频率牵引加上纵向磁场时，激光器产生左旋圆偏振及右旋圆偏振的双频激光，频差v约为塞曼分裂值v0千分之几。v的值和谐振腔的损耗及腔内光强有关，当损耗及放电条件变化时，v也随之改变。双频激光器稳频方法之一：测出二圆偏振光输出功率之差值，以此作为鉴额的误差信号，再通过伺服控制系统控制激光器腔长。

之二：左、右旋圆偏振光的频率差与振荡模无源腔频率有关。利用拍频方法测出左、右旋圆偏振光的频差也可以提供鉴频的误差信号。三、饱和吸收稳频吸收管内的气体在激光振荡频率处有强吸收峰，吸收管内气压很低，通常只有1—10Pa低压气体吸收峰的频率很稳定，因此频率复现性好。图饱和吸收稳频示意图入射光足够强时，由于下能级粒子数的减少和上能级粒子数的增加，吸收管内物质的吸收系数将随入射光强增加而减小，这就是吸收饱和现象。

若把吸收看成负增益，则关于增益饱和的全部理论均可用于吸收饱和。由于吸收管内气压很低，吸收谱线主要是多普勒加宽。如有一频率为1，光强为I1的强光入射，则吸收曲线出现烧孔，烧孔的宽度为图吸收曲线把吸收管放在谐振腔内，并且腔内有一频率为1的模式振荡，若10，购正向传播的行波及反向传播的行坡分别在吸收曲线的形成两个烧孔。若1＝0