词条 | 激光共振腔技术 |
释义 | jiguang gongzhenqiang jishu 激光共振腔技术(卷名:物理学) laser resonator techniques 激光单元技术之一。共振腔(又称光学共振腔)是激光器的三个基本组件之一,它的功用是对激光器提供一定的光学反馈能力并对激光振荡模式进行限制;在工作物质和激励条件为给定的条件下,共振腔的选择和具体参量的合理确定是至关重要的,因为它们会直接影响到激光器件的振荡阈值、转换效率、输出发散角以及场图均匀性等项性能指标。 从大的方面来说,所有的光学共振腔可以区分为三种不同的类型,它们具有不同的模式结构和限模特性,在实际应用中也有不同的优缺点,这三大类型的共振腔分别称为稳定腔、非稳腔和介稳腔。 稳定腔 稳定腔组成的判据为由腔反射镜曲率半径和间距所决定的g因子(见激光器图2),应满足稳定工作条件 0<g1g2<1;采用共振腔的自洽场衍射积分理论,可以比较圆满地描述稳定腔的本征模式结构和腔对不同模式的限制能力。理论分析表明,对稳定腔而言,按空间场分布和频谱特征之不同而区分的不同本征模式可用符号TEM ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() 非稳腔 由g因子表征的非稳腔组成判据为g1g2<0或g1g2>1;当腔的菲涅耳数N不很小时,采用几何光学理论可很好地描述腔内模式区分不同横模之间的损耗率差异。理论分析表明,损耗率最低的轴向波型(基横模)为一对往返行进的几何球面波,球面波的中心是满足在腔内往返一次互成共轭成像关系的一对特殊的轴上像点,这样一对球面波在腔内往返一次的光能横向逸出损耗,由该球面波的波面放大率因子所决定。在此基础上可进一步证明,非轴向传播的波型(高阶横模)与轴向波型之间的损耗率相对差异,与稳定腔相比可明显增大,因此非稳腔的限横模能力可显著增强。综上而言,非稳腔的主要优点是限横模能力强,输出光束发散角小;而缺点则是光能横向逸出损耗比较大。实际上,非稳腔主要适用于增益较高和菲涅耳数较大的激光器系统中,如高功率和大能量的固体激光器和气体激光器系统中,可获得发散角比较小而亮度较高的激光束输出。常用的非稳腔型有双凸球面镜型、平面-凸球面镜型以及望远镜型等几种,前两种非稳腔输出为球面波(经透镜准直后成为平面波),后一种非稳腔输出为平面波。 介稳腔 由g因子表征的介稳腔组成判据为g1g2=0或g1g2=1,其主要特性正好处于稳定腔与非稳腔之间,采用几何光学理论,同样可较好地描述介稳腔内的波型区分和限模特性。当腔的菲涅耳数N ![]() 上述各种激光共振腔结构皆具备两个反馈镜,而反射镜的曲率半径及其间距的参量不同会形成稳定、不稳定及介稳定各种腔型;显然这类腔内部光场是四周有界的。实际上尚有另一类腔的结构,它们没有反馈镜,因而激光场在传播方向不受边界的约束,典型的例子有行波腔、波导腔及分布反馈腔。高增益激光介质当它被泵浦瞬间,光子只要单程通过增益介质后就满足激光振荡的阈值条件获得受激辐射,这类腔称为行波腔,行波腔辐射的方向性是由增益介质几何尺寸所决定是一发散型辐射,若不经外光学系统改善,激光亮度会随传播距离迅速下降,通常称这类激光辐射为超荧光或超辐射,后者要与迪克(Dick)相干集体辐射相区别。波导腔横向线度较小,与传播波长数量级相当,而腔内增益介质折射率较腔壁材料的折射率大,光子在腔内经历多次的全反射后达到受激发射,理论分析表明这类腔型可以存在一系列分立的横电模(TE模)及横磁模(TM模),线度愈接近波长数量级则仅有最低阶的TE模存在。波导腔有圆形波导腔及平面波导腔之分。当波导腔内增益介质呈周期结构时,各波导模之间就会产生耦合,使满足布喇格条件的波导模得到优先振荡,这类腔称为分布反馈腔。形成这种周期结构的方法可以用微加工手段预先使介质波导腔壁形成周期结构,或者利用相干泵浦源在腔面形成干涉条纹而促使增益介质增益分布呈周期结构。 |
随便看 |
百科全书收录78206条中英文百科知识,基本涵盖了大多数领域的百科知识,是一部内容开放、自由的电子版百科全书。