激光特性的控制与改善_精品文档PPT格式课件下载.ppt

激光特性的控制与改善_精品文档PPT格式课件下载.ppt

《激光特性的控制与改善_精品文档PPT格式课件下载.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《激光特性的控制与改善_精品文档PPT格式课件下载.ppt（75页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

措施时，多数激光器的工作状态是多模的。

选模的意义：

基横模基横模（TEM00）发散角小，空间相干性好发散角小，空间相干性好单纵模单纵模单色性好，时间相干性好单色性好，时间相干性好激光准直、激光加工、非线性光学研究、激光中远程测距激光准直、激光加工、非线性光学研究、激光中远程测距等应用均需基横模激光束。

而在精密干涉计量、光通信及等应用均需基横模激光束。

而在精密干涉计量、光通信及大面积全息照相等应用中不仅要求激光是单横模的，同时大面积全息照相等应用中不仅要求激光是单横模的，同时要求光束仅含有一个纵模。

要求光束仅含有一个纵模。

61.1横模选择横模选择q物理基础物理基础：

谐振腔中不同横模具有不同的损耗：

谐振腔中不同横模具有不同的损耗q在稳定腔中，基模的衍射损耗最低，横模阶次增高，衍射在稳定腔中，基模的衍射损耗最低，横模阶次增高，衍射损耗迅速增加。

损耗迅速增加。

单模运转的充分条件单模运转的充分条件TEM00模的单程增益至少能补偿其在腔内的单程损耗模的单程增益至少能补偿其在腔内的单程损耗相邻横模应满足相邻横模应满足7横模选择的原则横模选择的原则q在各个横模的增益大体相向的条件下，不同横模间衍射损在各个横模的增益大体相向的条件下，不同横模间衍射损耗的差别就是进行横模选择的根据。

耗的差别就是进行横模选择的根据。

q原则原则尽量增大高阶横模与基模的衍射损耗比，损耗比越大，则尽量增大高阶横模与基模的衍射损耗比，损耗比越大，则横模鉴别力越高横模鉴别力越高尽可能减少除衍射损耗外的其它损耗，加大衍射损耗在总尽可能减少除衍射损耗外的其它损耗，加大衍射损耗在总损耗中的比例损耗中的比例81、小孔光阑选模、小孔光阑选模小孔小孔小孔小孔基本思路：

基本思路：

r减小谐振腔的菲涅耳数，增加衍射损耗减小谐振腔的菲涅耳数，增加衍射损耗rTEM00模和其它高阶模有不同的光斑尺寸模和其它高阶模有不同的光斑尺寸特点：

特点：

r方法简单方法简单r不易获得大功率输出不易获得大功率输出92、谐振腔参数、谐振腔参数g、N选模选模r适当选择谐振腔的类型和腔参数适当选择谐振腔的类型和腔参数g、N，满足谐振腔单模，满足谐振腔单模运转充分条件，实现基横模输出运转充分条件，实现基横模输出3、非稳腔选模、非稳腔选模r非稳腔是高损耗腔，不同横模的损耗有很大差异非稳腔是高损耗腔，不同横模的损耗有很大差异r适用于高增益激光器选横模适用于高增益激光器选横模r非稳腔的输出光束为球面波或平面波非稳腔的输出光束为球面波或平面波4、微调谐振腔、微调谐振腔r平面腔：

腔镜倾斜可抑制基模，实现高阶模振荡平面腔：

腔镜倾斜可抑制基模，实现高阶模振荡r稳定腔：

倾斜腔镜基模受影响小，高阶模损耗明显增大稳定腔：

倾斜腔镜基模受影响小，高阶模损耗明显增大101.2纵模选择纵模选择激光工作物质中往往存在多对激光振荡能级，可以利用窄激光工作物质中往往存在多对激光振荡能级，可以利用窄带介质膜反射镜、光栅、棱镜等构成色散腔获得特定波长带介质膜反射镜、光栅、棱镜等构成色散腔获得特定波长的跃迁振荡的跃迁振荡纵模选择纵模选择：

在特定跃迁谱线范围内获得单纵模的方法：

在特定跃迁谱线范围内获得单纵模的方法一般谐振腔不同纵模损耗相同，但是小信号增益各异一般谐振腔不同纵模损耗相同，但是小信号增益各异扩大扩大相邻纵模的相邻纵模的增益差增益差或人为或人为引入损耗差引入损耗差111、短腔法、短腔法r缩短腔长，增大相邻纵模间隔缩短腔长，增大相邻纵模间隔小信号增益曲线上满小信号增益曲线上满足阈值条件的有效宽度内只存在一个纵模足阈值条件的有效宽度内只存在一个纵模r适用于荧光线宽窄的激光器适用于荧光线宽窄的激光器122、行波腔法、行波腔法抑制烧孔效应抑制烧孔效应r均匀加宽物质存在增益饱和，有助于形成单纵模振荡均匀加宽物质存在增益饱和，有助于形成单纵模振荡r驻波腔存在空间烧孔效应，激励足够强时，仍然会出现驻波腔存在空间烧孔效应，激励足够强时，仍然会出现多纵模振荡多纵模振荡r采用采用环形腔环形腔，且在腔内插入一个只允许光单向通过的，且在腔内插入一个只允许光单向通过的隔隔离器离器，可形成，可形成行波场行波场，实现单纵模振荡，实现单纵模振荡隔离器隔离器激光工作物质激光工作物质133、选择性损耗法、选择性损耗法r在腔内插入标准具或构成组合腔，由于多光束干涉效应，在腔内插入标准具或构成组合腔，由于多光束干涉效应，谐振腔具有与频率相关的选择性损耗谐振腔具有与频率相关的选择性损耗L激光工作物质激光工作物质透射谱宽度14调整调整qq角，使角，使nnj=nnq，且有，且有可获得单纵模输出可获得单纵模输出复合腔复合腔福克斯福克斯-史密斯型复合腔史密斯型复合腔外腔半导体激光器选模装置外腔半导体激光器选模装置15第二节第二节频率稳定频率稳定谐振腔内折射率均匀时，单纵模单横模激光器的频率为谐振腔内折射率均匀时，单纵模单横模激光器的频率为2.1外界因素对频率稳定性的影响外界因素对频率稳定性的影响谐振腔几何长度变化：

温度、振动，谐振腔几何长度变化：

温度、振动，DDL10-3/oC折射率变化：

温度，折射率变化：

温度，DDn起伏起伏（放电电流、驱动电流等放电电流、驱动电流等），气压、湿度气压、湿度频率漂移频率漂移161、频率稳定度、频率稳定度平常说的稳定度为平常说的稳定度为10-8，10-9等，就是这个意思。

等，就是这个意思。

显然，变化量显然，变化量DnDn（tt）越小，则越小，则Snn（tt）越大，表示频率的越大，表示频率的稳定性越好。

稳定性越好。

习惯上，有时把习惯上，有时把Snn（tt）的倒数作为稳定度的量度，即的倒数作为稳定度的量度，即172、频率复现性、频率复现性对作为频率或波长基准的激光器，不仅要求稳定度高，对作为频率或波长基准的激光器，不仅要求稳定度高，而且要求频率重复性的精度也高。

而且要求频率重复性的精度也高。

频率复现性频率复现性：

不同地点、时间、环境下稳定频率的偏差：

不同地点、时间、环境下稳定频率的偏差量与它们的平均频率量与它们的平均频率（标准频率标准频率）的比值，指的是的比值，指的是标准频率标准频率自身的变化自身的变化评价一台稳频激光器，不仅要看其频率稳定度，而且还要评价一台稳频激光器，不仅要看其频率稳定度，而且还要看它的频率复现性。

看它的频率复现性。

182.2激光器主动稳频技术激光器主动稳频技术稳频技术的实质就是保持谐振腔稳频技术的实质就是保持谐振腔光程长度的稳定性光程长度的稳定性。

主动稳频技术主动稳频技术就是选取一个稳定的参考标准频率，当外界就是选取一个稳定的参考标准频率，当外界影响使激光频率偏离此特定的标准频率时，能设法鉴别出影响使激光频率偏离此特定的标准频率时，能设法鉴别出来，再人为地通过控制系统自动调节腔长，将激光频率回来，再人为地通过控制系统自动调节腔长，将激光频率回复到特定的标准频率上，最后达到稳频的目的复到特定的标准频率上，最后达到稳频的目的主动稳频的方法大致可以分为两类主动稳频的方法大致可以分为两类利用原子谱线中心频率作为鉴别器进行稳频，如兰姆凹陷利用原子谱线中心频率作为鉴别器进行稳频，如兰姆凹陷稳频法稳频法利用外界参考频率作为鉴别器标准进行稳频，如饱和吸收利用外界参考频率作为鉴别器标准进行稳频，如饱和吸收稳频法稳频法19一、兰姆凹陷稳频1.基本原理基本原理兰姆凹陷稳频法是以增益曲线中心频率兰姆凹陷稳频法是以增益曲线中心频率nn0作为参考标准频率，作为参考标准频率，通过电子伺服系统驱动压电陶瓷环来控制激光器腔长的，通过电子伺服系统驱动压电陶瓷环来控制激光器腔长的，它它可使频率稳定于可使频率稳定于nn0处，其稳频装如图处，其稳频装如图20激光管采用热膨胀系数很小的石英做成外腔式结构，谐振腔激光管采用热膨胀系数很小的石英做成外腔式结构，谐振腔的两个反射镜安置在殷钢架上，其中一个贴在压电陶瓷环上的两个反射镜安置在殷钢架上，其中一个贴在压电陶瓷环上陶瓷环的长度约为几厘米，环的内外表面接有两个电极，加陶瓷环的长度约为几厘米，环的内外表面接有两个电极，加有频率为有频率为f的调制电压，当外表面为正电压的调制电压，当外表面为正电压,内表面为负电压内表面为负电压时陶瓷环伸长时陶瓷环伸长,反之则缩短。

反之则缩短。

改变陶瓷环上的电压即可调整谐振腔的长度，以补偿外界因改变陶瓷环上的电压即可调整谐振腔的长度，以补偿外界因素所造成的腔长变化。

素所造成的腔长变化。

光电接收器一般采用硅光电三极管，它能将光信号转变成相光电接收器一般采用硅光电三极管，它能将光信号转变成相应的电信号应的电信号。

212.稳频过程稳频过程q压电陶瓷上加一直流电压和一频率为压电陶瓷上加一直流电压和一频率为f的音频调制电压的音频调制电压激光频率激光频率nn=nn0，调制电压使其在，调制电压使其在nn0附近变化，输出功率附近变化，输出功率P以以2f做周期性变化做周期性变化选频放大器输出为选频放大器输出为0，压电陶瓷上没有电，压电陶瓷上没有电压，激光器工作于压，激光器工作于nn0频率频率若若nnnn0，激光输出功率调制，激光输出功率调制频率为频率为f，与调制电压同相位；

，与调制电压同相位；

光电接收器输出频率为光电接收器输出频率为f的信的信号，送入相敏检波器号，送入相敏检波器,使其输使其输出一负直流电压出一负直流电压,使压电陶瓷使压电陶瓷缩短缩短,腔长增加，激光频率被腔长增加，激光频率被拉回拉回nn022兰姆凹陷稳频的实质兰姆凹陷稳频的实质v经谱线的中心频率经谱线的中心频率nn0作为参考标准，当激光振荡频率偏离作为参考标准，当激光振荡频率偏离nn0时，即输出一误差信息时，即输出一误差信息v通过伺服系统鉴别出频率偏离的大小和方向，输出一直流通过伺服系统鉴别出频率偏离的大小和方向，输出一直流电压调节压电陶瓷的伸缩来控制腔长电压调节压电陶瓷的伸缩来控制腔长v把激光振荡频率自动地锁定在兰姆凹陷中心处把激光振荡频率自动地锁定在兰姆凹陷中心处q为了改善频率稳定性为了改善频率稳定性,希望微弱的频率漂移就能产生足以将希望微弱的频率漂移就能产生足以将频率拉回频率拉回nn0的误差信号，这就要求兰姆凹陷窄而深，即的误差信号，这就要求兰姆凹陷窄而深，即兰兰姆凹陷中心两侧的斜率尽可能大姆凹陷中心两侧的斜率尽可能大233.应用兰姆凹陷稳频时应注意的问题应用兰姆凹陷稳频时应注意的问题稳频激光器不仅要求是单横模，而且还要求必须是单纵模稳频激光器不仅要求是单横模，而且还要求必须是单纵模频率稳定性与兰姆凹陷中心两侧的斜率有关，斜率越大，频率稳定性与兰姆凹陷中心两侧的斜率有关，斜率越大，误差信号就越大，因而灵敏度高，稳定性就越好误差信号就越大，因而灵敏度高，稳定性就越好兰姆凹陷线型的对称性也影响频率的稳定性兰姆凹陷线型的对称性也影响频率的稳定性兰姆凹陷稳频以原子跃迁谱线中心频率兰姆