激光器输出的选模技术分为两个部分,一部分是对激光纵模的选取,另一部分是对激光横模的选取。 前者对激光的输出频率影响较大,能够大大提高激光的相干性,常常也叫作激光的选频技术;后者是主要影响激光输出的光强均匀性,提高激光的亮度,一般称为选模技术。 激光器输出的选模技术就是激光器选频技术。大多数激光器为了得到较大的输出能量使用较长的激光谐振腔,这就使得激光器的输出是多模的。然而,基横模与高阶模相比,具有亮度高、发散角小、径向光强分布均匀、振荡频率单一的特点,具有最佳的时间和空间相干性。 激光单纵模的选取 要提高光束的单色性和相干长度,就需要使激光器工作在单一纵模下。但是,许多非均匀增宽的气体激光器往往有几个纵模同时振荡,因此,要设计单纵模激光器,就必须采取选频的方法。常用的选频方法有如下几种: (1)短腔法 由谐振腔原理可知两相邻纵模间的频率差,因此,纵模频率间隔和谐振腔的腔长成反比。要想得到单一纵模的输出,只要缩短腔长,使频率差的宽度大于增益曲线阈值以上所对应的宽度即可。 短腔法虽然简单,但是也有致命的缺点。首先,由于腔长受到限制,激活介质的工作长度也相应地受到限制,因此激光的输出功率必然受到限制。这对于大功率单纵模输出的应用场合是不适合的。 (2)法布里-珀罗标准具法 这种方法就是在外腔激光器的谐振腔内,沿几乎垂直于腔轴方向插入一个法布里-珀罗标准具。由于高选模性的标准具总要带来百分之几的透射损失,因此这种方法对于低增益的激光器不大合适,对于高增益的激光器则十分有效。 (3)三反射镜法 激光单横模的选取 (1)光阑法选取单横模 利用小孔光阑选取基横模,是一种最简单有效从而也是最普遍的方法。其基本做法是在谐振腔内插入一个适当大小的小孔光阑。 光阑法虽然结构简单,调整方便,但是受小孔限制,工作物质的体积不能得到充分利用,输出的激光功率比较下,腔内功率密度高时,小孔易损坏。 (2)聚焦光阑法和腔内望远镜法选取横模 为了充分利用激光工作物质,可以在腔内插入一个透镜组,使光束在腔内传播时尽量经历较大的空间,以提高输出功率。这种方法叫作聚焦光阑法。 选取横模还有许多方法,如凹凸腔选模、腔内加临界角反射器选模、利用调Q选模等。 欢迎关注光研科技服务号 更多优秀内容请关注OECR公众号 |
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