9He-Ne激光模式分析

He-Ne激光模式分析自发辐射受激辐射一般激光器激光工作介质：气体、液体、固体、半导体------粒子数反转激励源：泵浦、抽运电激励：用气体放电的方法利用具有动能的电子激发介质原子光激励：脉冲光源照射工作介质热激励化学激励谐振腔：光学谐振腔—增益介质放大—雪崩工作原理qqnL2nLcqcqq2纵模序数nLcq21纵模频率间隔腔的纵模在频率尺度上是等距离排列的激光器谐振腔内可能存在的纵模示意图激光的纵模(轴模)：由整数q所表征的腔内纵向稳定场分布整数q称为纵模的序数，驻波系统在腔的轴线上零场强度的数目单频激光器和多模激光器L=10厘米和L=30厘米的He-Ne气体激光器L=10厘米的He-Ne气体激光器L=30厘米的He-Ne气体激光器Hz105.19qHz105.09qNe原子的中心频率：Ne原子的中心波长：荧光光谱线宽：Hz105.19qs/1074.4146328À激光器中出现的纵模数工作原子自发辐射的荧光线宽越大，可能出现的纵模数越多。激光器腔长越大，相邻纵模的频率间隔越小，同样的荧光谱线线宽内可以容纳的纵模数越多。激光谐振腔内低阶纵模分布示意图激光纵模分布示意图横模-横向X-Y面内的稳定场分布激光的模式用符号：TEMmnqq为纵模的序数(纵向驻波波节数)，m,n(p,l)为横模的序数。对于方形镜，M表示X方向的节线数，N表示Y方向的节线数；对于圆形镜，p表示径向节线数，即暗环数，l表示角向节线数，即暗直径数基模(横向单模)：m=n=0,其它的横模称为高阶横模方形反射镜和圆形反射镜的横模图形放电毛细管反馈产生衍射2121)1)(1(arccos)(12RLRLnmnLcnm方形反射镜的横模图形(c)TEM02(d)TEM03(a)TEM00(b)TEM10圆形反射镜的横模图形横模电场分布及强度示意图(a)TEM00(b)TEM10(c)TEM20激光谐振腔内电场横模分布示意图TEM00TEM11激光多横模振荡示意图激光模式的测量方法横模的测量方法：在光路中放置一个光屏；拍照；小孔或刀口扫描方法获得激光束的强度分布，确定激光横模的分布形状纵模的测量方法：法布里－珀罗F-P扫描干涉仪测量，实验中利用球面扫描干涉仪纵模的测量方法：球面扫描干涉仪测量测量原理：通过测量激光输出的频率谱来判定模式高斯光束光学隔离1/4波片球面扫描干涉仪两球面镜：组成无源腔小孔光阑：增加高次横模的衍射损耗压电陶瓷：通过改变电压而改变腔长因而导致改无源腔所允许通过激光频率改变示波器的锯齿波扫描电压，对激光允许通过的频率作周期性的扫描光电探测器：接收扫描到的激光频率双凸薄透镜：待测的激光光束变换为无源腔的高斯光束。使待测激光束的全部能量耦合到无源腔的基模中去。偏振器和1/4波片组成光学隔离器，防止光重新回到待测激光器中去球面扫描干涉仪相干极大透射aakl4addkkl)1(4ddaadl4自由光谱范围lF42lcF4mml20GHzF753.