激光的單色性

激光的單色性第1頁，共18頁，2023年，2月20日，星期日8.5激光的單色性(Monochromaticityoflaser)1.譜線寬度(breadthofspectralline)第八章現(xiàn)代光學(ModernOptics)●多普勒寬度：在氣體放電中，發(fā)光原子做無規(guī)則熱運動。運動速度和方向都在變化，在發(fā)個寬度叫多普勒寬度。光中心頻率附近引起一定范圍內的增寬。這第2頁，共18頁，2023年，2月20日，星期日8.5激光的單色性(Monochromaticityoflaser)1.譜線寬度(breadthofspectralline)第八章現(xiàn)代光學(ModernOptics)●氖紅線線寬由下圖所示。波長為632.8nm的紅線，實際的中心頻率是4.7×1014Hz，寬度定義為光譜線最大強度的一半所對應的二個頻率為1.5×109Hz，譜線寬度之差.第3頁，共18頁，2023年，2月20日，星期日8.5激光的單色性(Monochromaticityoflaser)1.譜線寬度(breadthofspectralline)第八章現(xiàn)代光學(ModernOptics)來回反射，產生多光束干涉。多光束干涉：單一頻率平面波沿諧振腔軸線不滿足干涉條件的光（j為整數）或頻率都干涉相消。干涉條件：第4頁，共18頁，2023年，2月20日，星期日8.5激光的單色性(Monochromaticityoflaser)1.譜線寬度(breadthofspectralline)第八章現(xiàn)代光學(ModernOptics)共振頻率：滿足共振條件的光波頻率。光學諧振腔內的光波的特點：（1）具有共振頻率（2）同時存在的共振頻率不止一個，而有許多個。第5頁，共18頁，2023年，2月20日，星期日8.5激光的單色性(Monochromaticityoflaser)1.譜線寬度(breadthofspectralline)第八章現(xiàn)代光學(ModernOptics)相鄰二個共振頻率之差為一定長度的諧振腔內有多少個共振頻率：第6頁，共18頁，2023年，2月20日，星期日8.5激光的單色性(Monochromaticityoflaser)2.諧振腔的共振頻率第八章現(xiàn)代光學(ModernOptics)諧振腔越長，或越小，腔內滿足共振條件的頻率數越多，從諧振腔發(fā)射出去的光波中所包含的頻率數也越多。諧振腔有選擇頻率的作用。第7頁，共18頁，2023年，2月20日，星期日8.5激光的單色性(Monochromaticityoflaser)3.激光的單色性(Monochromaticityoflaser)第八章現(xiàn)代光學(ModernOptics)工作物質(如氣體放電管)有一定的頻率范圍。把工作物質放在光學諧振腔內，只有（1）既是工作物質的譜線寬度內的（2）又是滿足諧振腔共振條件這時的頻率，才能形成激光輸出。第8頁，共18頁，2023年，2月20日，星期日8.5激光的單色性(Monochromaticityoflaser)3.激光的單色性(Monochromaticityoflaser)第八章現(xiàn)代光學(ModernOptics)例如，氖放電管發(fā)射的光波為圖中所示，中心頻率為4.7×1014Hz，頻率寬度為=1.5×109Hz，氖放電管如長100cm，相鄰二共振頻率之差Hz

第9頁，共18頁，2023年，2月20日，星期日8.5激光的單色性(Monochromaticityoflaser)3.激光的單色性(Monochromaticityoflaser)第八章現(xiàn)代光學(ModernOptics)如果要求諧振腔只發(fā)射一個頻率，則取氖從諧振腔發(fā)射出來的光波頻率數為放電管長為10cm即可。第10頁，共18頁，2023年，2月20日，星期日8.5激光的單色性(Monochromaticityoflaser)3.激光的單色性(Monochromaticityoflaser)第八章現(xiàn)代光學(ModernOptics)激光單色性定義為：或，和為中心頻率和中心波長。第11頁，共18頁，2023年，2月20日，星期日8.5激光的單色性(Monochromaticityoflaser)4.選模(Modeselection)第八章現(xiàn)代光學(ModernOptics)縱向單?；騿慰v模：激光器的輸出光束中只存在一個頻率線，它仍有一定的很狹窄的頻率分布。目前激光的頻率寬度可由1到105Hz)

(單模不是頻率坐標軸上的一條幾何注意!第12頁，共18頁，2023年，2月20日，星期日8.5激光的單色性(Monochromaticityoflaser)4.選模(Modeselection)第八章現(xiàn)代光學(ModernOptics)縱向多?；蚨嗫v模：同時存在幾個共振頻率輸出單模的方法：選模第13頁，共18頁，2023年，2月20日，星期日8.5激光的單色性(Monochromaticityoflaser)4.選模(Modeselection)第八章現(xiàn)代光學(ModernOptics)(1)縮短腔長。如氦氖激光器，腔長為10cm時，輸出一個頻率的激光。但激光輸出功率降低，并使輸出頻率不穩(wěn)定。第14頁，共18頁，2023年，2月20日，星期日8.5激光的單色性(Monochromaticityoflaser)4.選模(Modeselection)第八章現(xiàn)代光學(ModernOptics)(2)用Fabry-Perotetalon（法布里-珀羅標準具）。第15頁，共18頁，2023年，2月20日，星期日8.5激光的單色性(Monochromaticityoflaser)4.選模(Modeselection)第八章現(xiàn)代光學(ModernOptics)頻率條件的光有極高（接近100%）的反射率。材料的折射率為n

標準具：兩面平行，鍍高反射膜，厚度為d，由于多光束反射，對滿足式中c為真空中光速，i2為平板中的折射角，k是正整數。如取d>>L，調整i1角，可有下圖所示的結果。第16頁，共18頁，2023年，2月20日，星期日8.5激光的單色性(Monochromaticityoflaser)4.選模(Modeselection)第八章現(xiàn)代光學(ModernOptics)第17頁，共18頁，2023年，2月20日，星期日8.5激光的單色性(Monochromaticityoflaser)4.選模(Modeselection)第八章現(xiàn)代光學