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文檔簡介
1、蘭姆凹陷:單模輸出功率P與單模頻率vq的關系曲線,在單模頻率等于0的時候有一凹 陷,稱作蘭姆凹陷。反蘭姆凹陷:在飽和吸收穩(wěn)頻中,把吸收管放在諧振腔內,并且腔內有一頻率為V1的 模式振蕩,若匕#vo,購正向傳播的行波及反向傳播的行坡分別在吸收曲線的形成兩個 燒孔。若vi =v,剛正反向傳播的行波共同在吸收曲線的中心頻率處燒一個孔。若作 出光強一定時吸收系數(shù)和振蕩頻率的關系曲線,則曲線出現(xiàn)凹陷,激光器輸出功率出現(xiàn) 一個尖銳的尖峰。什么是激光工作物質的縱模和橫模燒孔效應?他們對激光器工作模式的影響。在非均勻加寬工作物質中,頻率為v的強光只在v附近寬度約為Av :1+ viI的11H s范圍內引起反轉
2、集聚數(shù)飽和,對表觀中心頻率處在燒孔范圍外的反轉集聚數(shù)沒有影響。 若有一頻率V的弱光同時入射,如果頻率V處在強光造成的燒孔范圍之內,則由于集 聚數(shù)反轉的減少,弱光增益系數(shù)將小于小信號增益系數(shù)。如果頻率V在燒孔范圍之外, 則弱光增益系數(shù)不受強光的影響,、而仍等于小信號增益系數(shù)。所以在增益系數(shù)頻率曲 線上,頻率為v處產生一個凹陷。此現(xiàn)象稱為增益曲線的燒孔效應。燒孔效應一般使 1激光器工作于多縱模和多橫模的情況,不利于提高光的相干性但有利于增加光的能量或 功率。20.激光器的諧振腔由一面曲率半徑為1 m的凸面鏡和曲率半徑為2m的凹面鏡組成,工作 物質長0.5m,其折射率1.52,求腔長L在什么范圍內是
3、穩(wěn)定腔?解:設兩腔鏡M1和M2的曲率半徑分別為和R,R1 =-1m,R2 = 2m TOC o 1-5 h z 工作物質長l = 0.5m,折射率門=1.52L L 八 一 L 一 L HYPERLINK l bookmark6 o Current Document 根據(jù)穩(wěn)定條件判據(jù):0 (1-云)(1-) 1即0 (1- )(1-5) 1(1) 其R R12中 L = (L l) + 1(2)n由(1)式解得1m L 2m,由(2)式得 L = L + 0.5 X(1) = L + 0.17. 匕結合(1)(2)式得1. 1 m l 2. m21 .試利用往返矩陣證明共焦腔為穩(wěn)定腔,即任意傍
4、軸光線在其中可以往返無限多次,而且 兩次往返即自行閉合。證明:設光線在球面鏡腔內的往返情況如下圖所示其往返矩陣為:(AB )(10、(1L (10、(1L T =22CD)-R1-017R 1-017-17-R27(2 LL、1 -2 L(1-)RR=22222 L2 L2 L2 L-+ 一(1-)- 一(1- )(1- )-R R12R1R1R1R27(-1 0)由于是共焦腔,有皆L往返矩陣變?yōu)镠 0 -J若光線在腔內往返兩次,可以看出,光線在腔內往返兩次的變換矩陣為單位陣,所以光線兩次往返即自行閉合, 即共焦腔為穩(wěn)定腔。24 .什么是一般穩(wěn)定球面腔與共焦腔的等價性?答:(p65)( 1)任
5、意一個共焦球面腔與無窮多個穩(wěn)定球面腔等價;(2)任一滿足穩(wěn)定條件的球面腔 唯一地等價于某一個共焦腔。即如果某一個球面腔滿足穩(wěn)定性條件,則必定可以找到而且 也只能找到一個共焦腔,其行波場的某兩個等相位面與給定球面腔的兩個反射鏡面相重合 32.什么是譜線加寬?有哪些加寬類型?加寬機制是什么?答:(1)譜線加寬(p130):由于各種因素的影響,自發(fā)輻射并不是單色的,而是分布在中心頻E率v 0=附近一個很小的頻率范圍內,這就叫譜線加寬。1加寬類型及機制(P131-140)均勻加寬自然加寬機制:原子的自發(fā)輻射引起的。碰撞加寬機制:大量原子(分子、離子)之間的無規(guī)則碰撞。晶格振動加寬:機制:晶格振動使激活
6、離子處于隨周期變化的晶格場,激活離子的能級所對應的能量在某一范圍內變化。非均勻加寬多普勒加寬機制:由于作熱運動的發(fā)光原子(分子所發(fā)出)輻射的多普勒頻移引起的。晶格缺陷加寬機制:晶格缺陷部位的晶格場將和無缺陷部位的理想晶格場不同,因而處于缺陷部位的激活離子的能級將發(fā)生位移,導致處于鏡體不同部位的激活離子的發(fā) 光中心頻率不同。綜合加寬氣體工作物質的綜合加寬機制:由碰撞引起的均勻加寬和多普勒非均勻加寬。固體激光工作物質綜合加寬 機制:由晶格熱振動引起的均勻加寬和晶格缺陷引起的 非均勻加寬。液體工作物質的綜合加寬機制:溶于液體中的發(fā)光分子與其它分子碰撞而導致自發(fā)輻射的碰撞加寬。41.為什么三能級系統(tǒng)比
7、四能級系統(tǒng)需要更強的激勵?答(pi68):這是因為四能級系統(tǒng)系統(tǒng)的激光下能級為激發(fā)態(tài),七=0,所以只需把俱個粒 子激勵到E能級就可以使增益克服腔的損耗而產生激光。而在三能級系統(tǒng)中,激光下能級2 TOC o 1-5 h z 是基態(tài),至少要將氣匕;個粒子激勵到E能級上去,才能形成集居數(shù)反轉,所以三能 1 + f2/f2級系統(tǒng)的閾值能量或閾值功率要比四能級系統(tǒng)大得多。44 .什么是蘭姆凹陷?定性解釋其成因。答:0174)激光器的單模輸出功率P和單模頻率v的關系曲線中,掃廣V。處,曲線有 一凹陷,稱為蘭姆凹陷。q成因(p175)當v =v 時,go(v ) = g ;q 1i 1 t當Vq =V 2時
8、,激光振蕩將在增益曲線的v 2及v 2 = 2V 0 -v 2處造成兩個凹陷;當Vq =V3時,由于燒孔面積增大,所以功率P3比P2大;當頻率V接近v,且V -V |fV J1 + 時,兩個燒孔部分重疊,燒孔面積q 0 q 0 I 2 J V Is的和可能小于V =V時兩個燒孔面積的和,因此P P。當V =V時,兩個燒孔完全重合,q 33q 0此時只有、=0附近的原子對激光有貢獻,雖然它對應著最大的小信號增益,但由于對激 光作貢獻的反轉集居數(shù)減少了,即燒孔面積減少了,所以輸出功率p下降到某一極小值,0從而出現(xiàn)蘭姆凹陷。49.簡述橫模和縱模選擇的原理及具體方法。答:(1)橫模選擇(p210)原理
9、:在各個橫模增益大體相同的條件下,不同橫模間衍射損耗有差別,在穩(wěn)定腔中, 基膜的衍射損耗最低,隨著橫模階次的增高,衍射損耗將迅速增加。如果降低基膜的衍射 損耗,使之滿足閾值條件(基膜的單程增益至少能補償它在腔內的單程損耗),則其它模因 損耗高而不能起振被抑制。橫模選擇方法(p211)小孔光闌選模、諧振腔參數(shù)g, N法,非穩(wěn)腔選模,微調諧振腔(2)縱模選擇原理(p212):一般諧振腔中有著相同的損耗,但由于頻率的差異而具有不同的小信號增 益系數(shù)。因此,擴大和充分利用相鄰縱模間的增益差,或人為引入損耗差是進行縱模選擇 的有效途徑??v模選擇方法短腔法、行波腔法、選擇性損耗法2、試列舉三種激光振蕩腔模式的分析方法,討論這些分析方法的特點和應用范答:激光振蕩腔模式分析方法有幾何光學理論、波動光學理論和費聶耳-基爾霍 夫衍射積分方程等三種理論。透鏡波導可以認為是幾何光學理論中的一種;波動方程理論主要是從麥克斯韋方 程出發(fā),結合光學諧振腔的具體特性。采取適當?shù)慕?,從而達到對腔模的振幅 分布、相位分布、謝振頻率和衍射損耗等。但是只有對稱共焦腔才能求解出衍射 積分方程的近似解析解。但是,通過建立一般穩(wěn)定球面腔與對稱共焦腔之間的等 價性。町以將對稱共焦腔模式解析理論結果推廣到一般的穩(wěn)定球面腔。簡述均勻加寬的模式競爭
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