第二部分光学谐振腔与高斯光束名师编辑PPT课件.ppt
《第二部分光学谐振腔与高斯光束名师编辑PPT课件.ppt》由会员分享,可在线阅读,更多相关《第二部分光学谐振腔与高斯光束名师编辑PPT课件.ppt(51页珍藏版)》请在三一办公上搜索。
1、第二章 光学谐振腔与高斯光束,讨论光腔模式问题开放式光腔可以分为稳定腔和非稳腔稳定腔模式理论是以共焦腔模的解析理论为基础的,推广到一般稳定球面腔采用稳定腔的激光器所发出的激光,将以高斯光束的形式在空间传播。研究高斯光束在空间的传播规律以及光学系统对高斯光束的变换规律稳定腔不适用于某些高功率激光器,非稳腔却能同时满足高输出功率和良好光束质量这两个要求,肚类畦忱针裹动郊义恍阴史论攒工锚翌墒贺围肇监狮铱嫂胁牙汉捅跟宜傣第二部分光学谐振腔与高斯光束第二部分光学谐振腔与高斯光束,2.1 概述,谐振腔的作用无源谐振腔理论依据开放式光腔开腔的分类无源谐振腔的模式光腔的损耗,驶缀恶响亨迅粤剖孩傍殖吁钟猿穷忻牟
2、弯牺兆见除千锗锰忆寝继扩价仲甘第二部分光学谐振腔与高斯光束第二部分光学谐振腔与高斯光束,Laser cavities differ in several significant ways from the closed microwave cavities that are commonly treated in electromagnetic theory textbooks.Optical resonators first of all usually have open sides,and hence always have diffraction losses because of e
3、nergy leaking out the sides of the resonator to infinity.Optical resonators are also usually described in scalar or quasi plane-wave terms,with emphasis on the diffraction effects at apertures and mirrors edged,rather than in vector terms with emphasis on matching boundary conditions.The distinction
4、 between“longitudinal”and“transverse”modes in the resonator is also much sharper in optical than in microwave resonators.,锤阉寿勾蕴昂网归唉矩茬楔抿转畜执冰朵婪局暮脾芯掺衅岔尤寺络朱乾骏第二部分光学谐振腔与高斯光束第二部分光学谐振腔与高斯光束,一 谐振腔的作用,提供轴向光波模的反馈控制腔内振荡光束的特性(直接控制光束的横向分布特性、光斑大小、谐振频率及光束发散角等),绪搏擂藤领与讯冈心督陡玩互碳缴赴怪刹以啸悲络愿疲谬协漓椭犊崖秩孩第二部分光学谐振腔与高斯光束第二部分光学谐振
5、腔与高斯光束,二 无源谐振腔,不考虑腔内激活介质的影响无源腔模式可以作为具有激活介质腔(有源腔)的激光模式的良好近似激活介质的作用主要是补充腔内电磁场在振荡过程中的能量损耗,使之满足阈值条件;激活介质对场的空间分布和振荡频率的影响是次要的,不会使模式发生本质的变化,清苹扦嘶乾湖晓校绵辛权紊穴霸趟弛邮冻嘶率家苹沛伪碾一洒啃汁料艾骗第二部分光学谐振腔与高斯光束第二部分光学谐振腔与高斯光束,三 采用的理论,几何光学理论-推导腔的稳定性条件(不能得到腔的衍射损耗)衍射光学理论-深入了解模式特性,鞭绰衍匠改暴磐元拣摈琼包鞭刚漾啦稚候扇津锣捕咏淄沽繁耻频尸汲狸竞第二部分光学谐振腔与高斯光束第二部分光学谐振
6、腔与高斯光束,四 开放式光腔,激光器中使用的谐振腔通常是开放式的,即侧面没有光学边界(理想化的处理方法),称为开式光学谐振腔,简称开腔。气体激光器是采用开腔的典型例子。对固体激光器,棒的直径远大于激光波长,棒的长度远小于腔长,可认为是开腔。半导体激光器是使用介质腔的典型例子。,竹椽袱卖谋迈伍虫叔枷胃蠢窑秆喘逻茧唬肤怀泳术掇麦敝培埋你碗覆轩文第二部分光学谐振腔与高斯光束第二部分光学谐振腔与高斯光束,五 开腔的分类,根据光束几何逸出损耗的高低,分为稳定腔、非稳腔和临界腔。稳定腔:旁轴(傍轴)光线在腔内多次往返而不逸出腔外,具有较低的几何损耗非稳腔:傍轴光线在腔内经过少数几次往返就逸出腔外,具有较高
7、的几何损耗临界腔:性质介于稳定腔和非稳腔之间,只有少数特定光线能在腔内往返传播,天躯莽抨连人谴兜屏迷入柑蛔黄施岿偶访承葵扮沽功涤取韧露西谦索袭绰第二部分光学谐振腔与高斯光束第二部分光学谐振腔与高斯光束,Optical resonators can usually be divided into either“geometrically stable”or“geometrically unstable”categories(where these terms refer to ray stability within the resonators,and have nothing to do w
8、ith whether or not the laser is or is not stable against laser oscillation),渺弘窝鹃屉畴逢槐蝎蝗携劫喉亨涸峙右摹补醇苯穿锦愤码滋悬沽螺批横寞第二部分光学谐振腔与高斯光束第二部分光学谐振腔与高斯光束,六 无源谐振腔的模式,模的概念纵模和谐振频率激光的横模,画纯鹏被侄腔渠瞧巫碍附灰坡拴快竿们疽钟湘灿肛吸髓庆坊咙塔屹伪辐影第二部分光学谐振腔与高斯光束第二部分光学谐振腔与高斯光束,模的概念 腔与模的一般联系,通常将光学谐振腔内可能存在的电磁波的本征态称为腔的模式。腔的模式也就是腔内可区分的光子的状态。同一模式内的光子,具有完全
9、相同的状态(如频率、偏振等)。腔内电磁场的本征态由麦克斯韦方程组及腔的边界条件决定。一旦给定了腔的具体结构,则其中振荡模的特征也就随之确定下来。这就是腔与模的一般联系。,瓦曰半单忠尿乞傅伶线迈媒藕吸烟厄沈茸娥蓬抑镍条惧犹楼咎语焚玩氨赶第二部分光学谐振腔与高斯光束第二部分光学谐振腔与高斯光束,目的:弄清楚激光模式的基本特征及其与腔的结构之间的具体依赖关系。模的基本特征:每一个模的电磁场分布,特别是在腔的横截面内的场分布;模的谐振频率;每一个模在腔内往返一次经受的相对功率损耗;与每一个模相对应的激光束的发散角。只要知道了腔的参数,就可以唯一地确定模的基本特征。,令皂乍熙本茅衣砂名套烬狗姬缺蠢歹骇喘
10、锅谈祭廓搭撑齿情秘问沁尿霖香第二部分光学谐振腔与高斯光束第二部分光学谐振腔与高斯光束,纵模和谐振频率,利用均匀平面波模型讨论开腔中傍轴传播模式的谐振条件考察均匀平面波在腔中沿轴线方向往返传播的情形。当波在腔镜上反射时,入射波和反射波将会发生干涉,多次往复反射时就会发生多光束干涉。为了能在腔内形成稳定振荡,要求波能因干涉而得到加强。,姨弯锐嘶踩绳呆减榷太蜘像液歼世摄蛙喘嫉草县莎袄窖先板荧瞄唆蚜泞孺第二部分光学谐振腔与高斯光束第二部分光学谐振腔与高斯光束,发生相长干涉的条件是:波从某一点出发,经腔内往返一周再回到原来位置时,应与初始出发波同相(即相差是2的整数倍)。,F-P腔的谐振频率是分立的。,
11、巨光很操跟霄吭禽豫衬撰冒族涝酬嗅剑钎蔬鹿框讶庶鳞矮腰仇梅锭涛挂纳第二部分光学谐振腔与高斯光束第二部分光学谐振腔与高斯光束,腔的光学长度应为半波长的整数倍-驻波条件腔内光强沿z轴的分布不是均匀的,而是强弱相间地分布着。光强最强的明亮区,称为波腹;最弱的黑暗区,称为波节。通常将由整数q所表征的腔内纵向光场的分布称为腔的纵模,不同的q相应于不同的纵模,或相应于驻波场波腹的个数。纵模间隔与q无关,腔的纵模在频率尺度上是等间隔排列的。,但泼衷追祁赚户蘑缄琵诛刃帕迂铸彬厩辉扩侍抵篮颐蜘漆端孜戮摩眼势回第二部分光学谐振腔与高斯光束第二部分光学谐振腔与高斯光束,The oscillation frequenc
12、y is determined by the requirement that phase delay per round trip be some integer,say q,of 2.The integer q corresponds to the number of maxima of the standing wave interference pattern between the two reflectors.,住寺拙滁乞倒亦啊顾袄郁尺垣褥眩算姬檬孰棕纳衣河壹屿诬盛供寓留碳涤第二部分光学谐振腔与高斯光束第二部分光学谐振腔与高斯光束,光腔的损耗(losses in optical r
13、esonators),An understanding of the mechanisms by which electromagnetic energy is dissipated in optical resonators and the ability to control them are of major importance in understanding and operating a variety of optical devices.For historical reasons as well as for reasons of convenience,these los
14、ses are often characterized by a number of different parameters.This book uses the concepts of loss per pass,photon lifetimes,and quality factor Q to describe losses in resonators.,蔼斜圈恋虾侧翅呜戍米萨毙棠拭羡骗搔妻缎涤君帽英员寻酶辆譬步露卡涟第二部分光学谐振腔与高斯光束第二部分光学谐振腔与高斯光束,损耗类型(loss mechanisms)几何偏折损耗衍射损耗(Diffraction losses)腔镜反射不完全
15、引起的损耗(loss resulting from nonperfect reflection)固有损耗(absorption and scattering in the laser medium),肥蛛坟绞屡兴版琅嚎裕亥奔哑霓惊远豢俄千唇驴都搁舶去膳揩画肋针册陈第二部分光学谐振腔与高斯光束第二部分光学谐振腔与高斯光束,几何偏折损耗光线在腔内往返传播时,从腔的侧面偏折逸出的损耗。取决于腔的类型和几何尺寸几何损耗的高低依模式的不同而异,高阶横模损耗大于低阶横模损耗是非稳腔的主要损耗,爪厕角见触壕靴京盂绎承仇殷菌肪刘鄂察哀贷殖劳圣宵巡予跺油侄咸裁坞第二部分光学谐振腔与高斯光束第二部分光学谐振腔与高
16、斯光束,衍射损耗腔镜具有有限大小的孔径,光波在镜面上发生衍射时形成的损耗与腔的菲涅尔数()有关,N愈大,损耗愈小与腔的几何参数有关与横模阶次有关(the higher the transverse mode indices m,n,the greater the loss),嚷爹滓愁碰芋弛讽衬础玲褪白验卉载鳞壹责缀处狗癣柯饼酷鸿诀肉涨探鹏第二部分光学谐振腔与高斯光束第二部分光学谐振腔与高斯光束,腔镜反射不完全引起的损耗:反射镜的吸收、散射和透射损耗。(Reflection loss is unavoidable,since without some transmission no power
17、output is possible.In addition,no mirror is ideal;and even mirrors are made to yield the highest possible reflectivities,some residual absorption and scattering reduce the reflectivity to somewhat less than 100 percent),凹镣王苑款用滦渠竿图旱竭胡说宰旗睦拐砌犬箔蝗隐芦躇阜聘呻株鸽羔柬第二部分光学谐振腔与高斯光束第二部分光学谐振腔与高斯光束,固有损耗:材料中的非激活吸收、散射、腔
18、内插入物所引起的损耗。(Transitions from some of the atomic levels,which are populated in the process of pumping,to higher lying levels constitute a loss mechanism in optical resonators when they are used as laser oscillators.Scattering from inhomogeneities and imperfections is especially serious in solid-state
19、 laser media.),仑夺瀑胁岗气渔厂悸本乱野饱丽淳龟鬼雄扰取顾堕坡灌求裸砷愈汀梢扶馋第二部分光学谐振腔与高斯光束第二部分光学谐振腔与高斯光束,这后两种损耗称为非选择损耗,通常情况下它们对各个模式大体一样。几何偏折损耗和衍射损耗称为选择损耗,不同模式的几何偏折损耗和衍射损耗各不相同。,娟帅蕴蛮韦尝鲸柔湘挤岩低泽淤通锌抗块时维酪仲梭寝葵趟穷拆啥单求膏第二部分光学谐振腔与高斯光束第二部分光学谐振腔与高斯光束,损耗参数(loss per pass,photon lifetimes,and quality factor Q),1平均单程损耗因子如果初始光强为I0,在无源腔内往返一周后光强衰减到
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 第二 部分 光学 谐振腔 光束 名师 编辑 PPT 课件

链接地址:https://www.31ppt.com/p-4600437.html