激光器的工作原理讲解VIP免费

第2章激光器的工作原理回顾——产生激光的三个必要条件：1.工作物质2.激励能源3.光学谐振腔前瞻——研究谐振腔的几何理论和衍射理论§2-1光学谐振腔结构与稳定性一.光腔的作用:1.光学正反馈:建立和维持自激振荡。(提高间并度)决定因素:由两镜的反射率、几何形状及组合形式。2.控制光束特性:包括纵模数目、横模、损耗、输出功率等。二.光腔——开放式共轴球面光学谐振腔的构成球面共轴R2R1球面共轴R2R1球面共轴R2R1球面共轴R11.构成:在激活介质两端设置两面反射镜(全反、部分反)。2.开放式:除二镜外其余部分开放共轴:二镜共轴球面腔:二镜都是球面反射镜(球面镜)三.光腔按几何损耗(几何反射逸出)的分类:光腔非稳腔临界腔稳定腔(光腔中存在着伴轴模,它可在腔内多次传播而不逸出腔外)(伴轴模在腔内经有限数往返必定由侧面逸出腔外,有很高的几何光学损耗)(几何光学损耗介乎上二者之间)2.1.1共轴球面谐振腔的稳定性条件一.光腔稳定条件:1.描述光腔稳定性的g参量,定义:111RLg221RLg其中L----腔长(二反射镜之间的距离),L＞0;Ri----第i面的反射镜曲率半径(i=1,2);符号规则:凹面向着腔内时(凹镜)Ri＞0,凸面向着腔内时(凸镜)Ri＜0。球面共轴R2R1L对于平面镜，fR,成像公式为:fss111s——物距s——´象距f——透镜焦距1021gg(2)据稳定条件的数学形式,稳定腔:非稳腔:或临界腔:或g1g2=01021gg121gg021gg121gg2.光腔的稳定条件:(1)条件:使傍轴模(即近轴光线)在腔内往返无限多次不逸出腔外的条件,即近轴光线几何光学损耗为零,其数学表达式为2.1.2共轴球面谐振腔的稳定图及其分类一。常见的几类光腔的构成:*(以下介绍常见光腔并学习用作图方法来表示各种谐振腔)21212121))(()1)(1(RRLRLRRLRLgg(一）稳定腔:1021gg1.双凹稳定腔:由两个凹面镜组成的共轴球面腔为双凹腔。这种腔的稳定条件有两种情况。R2R1L其一为：LR1且LR2证明： 101＜RL＜R1＞L∴1101＜RL＜即：0＜g1＜1，同理0＜g2＜1所以：0＜g1g2＜1其二为：R1＜LR2＜L且R1+R2＞LR2R1L证明： R1＜L∴即g1＜0011＜RL同理：g2＜0，∴g1g2＞0；又 L＜R1+R2∴11112122121212121212＜RRLLRRRRRLRLLRRRR＜RRL））（（或即g1g2＜10＜g1g2＜1如果R1=R2，则此双凹腔为对称双凹腔，上述的两种稳定条件可以合并成一个，即：R1=R2=R＞L/22.平凹稳定腔:由一个凹面发射镜和一个平面发射镜组成的谐振腔称为平凹腔。其稳定条件为：R＞LLR证明： R1＞L,;R2∞,g2=1111RLg1g＜01102111＜g＜RLg＜故有∴3.凹凸稳定腔:由一个凹面反射镜和一个凸面反射镜组成的共轴球面腔为凹凸腔.它的稳定条件是:R1＜0,R2＞L,且R1+R2＜L.R2R1LLR＞R21或者:R2＞L,可以证明:0＜g1g2＜1.(方法同上)(二).非稳腔:g1g2＞1或g1g2＜01.双凹非稳腔:由两个凹面镜组成的共轴球面腔为双凹非稳腔.这种腔的稳定条件有两种情况.其一为:R1L此时01g012211RLRLgR2R1L所以g1g2＜0其二为:R1+R2＜L可以证明:g1g2＞1(证明略)R2R1L2.平凹非稳腔稳定条件:R1＜L,R2=∞证明: g2=1,g1＜0∴g1g2＜0R1L3.凹凸非稳腔凹凸非稳腔的非稳定条件也有两种:其一是:R2＜0,0＜R1＜L可以证明:g1g2＜0R2R1L其二是:R2＜0,R1+R2＞L可以证明:g1g2＞1R2R1L4.双凸非稳腔由两个凸面反射镜组成的共轴球面腔称为双凸非稳腔. R1＜0,R2＜0∴g1g2＞1R2R1L5.平凸非稳腔LR由一个凸面反射镜与平面反射镜组成的共轴球面腔称为平凸腔。平凸腔都满足g1g2＞1。(三)临界腔:g1g2=0,g1g2=1临界腔属于一种极限情况,其稳定性视不同的腔而不同.在谐振理论研究和实际应用中,临界腔具有非常重要的意义.虚共焦腔实共焦腔分类——共焦腔焦点在腔内，它是双凹腔——共焦腔焦点在腔外，它是凹凸腔R2R1F实R2R1F虚1.对称共焦腔——腔中心是两镜公共焦点且：R1=R2=R=L=2FF——二镜焦距 g1=g2=0∴g1g2=0LFR2=LR1=L可以证明，在对称共焦腔内，任意傍轴光线可往返多次而不横向逸出，而且经两次往返后即可自行闭合。这称为对称共焦腔中的简并光束。整个稳定球面腔的模式理论都可以建立在共焦腔振荡理论的基础上，因此，对称共焦腔是最重要...