雷射選模技術

雷射選模技術

雷射器輸出的選模技術分為兩個部分,一部分是對雷射縱模的選取,另一部分是對雷射橫模的選取。前者對雷射的輸出頻率影響較大,能夠大大提高雷射的相干性,常常也叫作雷射的選頻技術;後者是主要影響雷射輸出的光強均勻性,提高雷射的亮度,一般稱為選模技術。

雷射器輸出的選模技術就是雷射器選頻技術。大多數雷射器為了得到較大的輸出能量使用較長的雷射諧振腔,這就使得雷射器的輸出是多模的。然而,基橫模與高階模相比,具有亮度高、發散角小、徑向光強分布均勻、振盪頻率單一的特點,具有最佳的時間和空間相干性。

雷射單縱模的選取

要提高光束的單色性和相干長度,就需要使雷射器工作在單一縱模下。但是,許多非均勻增寬的氣體雷射器往往有幾個縱模同時振盪,因此,要設計單縱模雷射器,就必須採取選頻的方法。常用的選頻方法有如下幾種:

(1)短腔法

由諧振腔原理可知兩相鄰縱模間的頻率差,因此,縱模頻率間隔和諧振腔的腔長成反比。要想得到單一縱模的輸出,只要縮短腔長,使頻率差的寬度大於增益曲線閾值以上所對應的寬度即可。

短腔法雖然簡單,但是也有致命的缺點。首先,由於腔長受到限制,激活介質的工作長度也相應地受到限制,因此雷射的輸出功率必然受到限制。這對於大功率單縱模輸出的套用場合是不適合的。

(2)法布里-珀羅標準具法

這種方法就是在外腔雷射器的諧振腔內,沿幾乎垂直於腔軸方向插入一個法布里-珀羅標準具。由於高選模性的標準具總要帶來百分之幾的透射損失,因此這種方法對於低增益的雷射器不大合適,對於高增益的雷射器則十分有效。

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雷射單縱模的選取

要提高光束的單色性和相干長度,就需要使雷射器工作在單一縱模下。但是,許多非均勻增寬的氣體雷射器往往有幾個縱模同時振盪,因此,要設計單縱模雷射器,就必須採取選頻的方法。常用的選頻方法有如下幾種:

(1)短腔法

由諧振腔原理可知兩相鄰縱模間的頻率差,因此,縱模頻率間隔和諧振腔的腔長成反比。要想得到單一縱模的輸出,只要縮短腔長,使頻率差的寬度大於增益曲線閾值以上所對應的寬度即可。

短腔法雖然簡單,但是也有致命的缺點。首先,由於腔長受到限制,激活介質的工作長度也相應地受到限制,因此雷射的輸出功率必然受到限制。這對於大功率單縱模輸出的套用場合是不適合的。

(2)法布里-珀羅標準具法

這種方法就是在外腔雷射器的諧振腔內,沿幾乎垂直於腔軸方向插入一個法布里-珀羅標準具。由於高選模性的標準具總要帶來百分之幾的透射損失,因此這種方法對於低增益的雷射器不大合適,對於高增益的雷射器則十分有效。

(3)三反射鏡法

2.雷射單橫模的選取

(1)光闌法選取單橫模

利用小孔光闌選取基橫模,是一種最簡單有效從而也是最普遍的方法。其基本做法是在諧振腔內插入一個適當大小的小孔光闌。

光闌法雖然結構簡單,調整方便,但是受小孔限制,工作物質的體積不能得到充分利用,輸出的雷射功率比較下,腔內功率密度高時,小孔易損壞。

(2)聚焦光闌法和腔內望遠鏡法選取橫模

為了充分利用雷射工作物質,可以在腔內插入一個透鏡組,使光束在腔內傳播時儘量經歷較大的空間,以提高輸出功率。這種方法叫作聚焦光闌法。

選取橫模還有許多方法,如凹凸腔選模、腔內加臨界角反射器選模、利用調Q選模等。

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