激光器的工作原理VIP免费

1 激光器的工作原理 一．光学谐振腔结构与稳定性 激光是在光学谐振腔中产生的。它的主要功能之一是使光在腔内来回反射多次以增长激活介质作用的工作长度，提高腔内的光能密度。显而易见的是，不垂直于反射镜表面的傍轴光线经过有限次的反射就会投射到平面镜的通光口径之外，而使得激活介质作用的工作长度只得到很有限的增长。所以，光线能够在谐振腔中反射的次数与其结构密切相关。能够使腔中任一束傍轴光线经过任意多次往返传播而不逸出腔外的谐振腔能够使激光器稳定地发出激光，这种谐振腔叫做稳定腔，反之称为不稳定腔。我们讨论光学谐振腔的结构与稳定性的关系。 1.共轴球面谐振腔的稳定性条件 光学谐振腔都是由相隔一定距离的两块反射镜组成的。无论是平面镜还是球面镜，无论是凸面镜还是凹面镜，都可以用“共轴球面”的模型来表示。因为只要把两个反射镜的球心连线作为光轴，整个系统总是轴对称的，两个反射面可以看成是“共轴球面”。平面镜是半径为无穷大的球面镜。如果其中一块是平面镜，可以用通过另一块球面镜球心与平面镜垂直的直线作为光轴。平行平面腔的光轴则可以是与平面镜垂直的任一直线。当然两个平面镜不平行不能产生谐振，不在讨论之列。 图（2-1）共轴球面腔结构示意图 如图（2-1）所示，共轴球面腔的结构可以用三个参数来表示：两个球面反射镜的曲率半径R1、 R2，和 腔长即 与光轴相交 的反射镜面上 的两个点 之间 的距离L。如果规 定凹面镜的曲率 半径为正 ，凸面镜的曲率 半径为负 ，可以证 明 共轴球面腔的稳定性条件是 2 111021  RLRL （2-1） 上式左边成立的条件等价于  11RL和  21RL同时为正或同时为负，这就要求两镜面的曲率半径为正时必须同时大于腔长或同时小于腔长。如果镜面的曲率半径同时为负，尽管上式左边成立，右边的不等式却不成立。如果镜面的曲率半径一正一负，则需要具体讨论。 2.共轴球面腔的稳定图及其分类 为了直观起见,常用稳定图来表示共轴球面腔的稳定条件。首先定义两个参数 112211LgRLgR   共轴球面谐振腔的稳定性条件（2 -1 ）式可改写为 1021gg （2 -2 ） 即当（2 -2 ）式成立时为稳定腔；当 102121gggg或 （2 -3 ） 时为非稳腔；当 102121gggg或 （2 -4 ） 3 时为临界腔。以gl为横轴，g2 为纵轴建立...