激光器的作业原理解说

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  1、激光器的作业原理解说激光器的作业原理解说第1页二.光腔 敞开式共轴球面光学谐振腔组成1.组成:在激活介质两头设置双面反射镜(全反、单个反)。 激光器的作业原理解说第2页2. 敞开式: 除二镜外其他单个敞开 共轴: 二镜共轴 球面腔: 二镜都是球面反射镜(球面镜)三.光腔按几许损耗(几许反射逸出)分类:光腔 (光腔中存在着伴轴模,它可在腔内多次传输而不逸出腔外)(伴轴模在腔内经有限数往复必定由旁边面逸出腔外,有很高几许光学损耗) (几许光学损耗介乎上二者之间)激光器的作业原理解说第3页2.1.1共轴球面谐振腔安稳性条件 一.光腔安稳条件: 1.描绘光腔安稳性g参量,界说: 其间 L - 腔长(二反

  2、射镜之间间隔) , L0 ; Ri - 第i面反射镜曲率半径(i = 1,2);符号规矩: 凹面向着腔内时(凹镜) Ri0 , 凸面向着腔内时(凸镜) Ri0。 L关于平面镜，成像公式为: s物距s象距f 透镜焦距激光器的作业原理解说第4页 (2)据安稳条件数学方式, 安稳腔: 非稳腔: 或 临界腔: 或 g1 g2=0 2.光腔安稳条件: (1)条件:使傍轴模(即近轴光线)在腔内往复无限多次不逸 出腔外条件, 即近轴光线几许光学损耗为零, 其 数学表明式为激光器的作业原理解说第5页2.1.2 共轴球面谐振腔安稳图及其分类 一。常见几类光腔组成: *(以下介绍常见光腔并学习用作 图办法来表明各

  3、种谐振腔) 激光器的作业原理解说第6页(一）安稳腔: 1.双凹安稳腔: 由两个凹面镜组成共轴球面腔为双凹腔。这种腔安稳条件有两种状况。其一为：且证明：R1L 即：0g11 ，同理 0g21 所以：0g1g21其二为： R1L R2L 且 R1+R2L证明：R1L 即 g10激光器的作业原理解说第7页同理：g20 ，g1g20 ；又 LR1+R2即 g1g21 0 g1g21 假设 R1=R2 ，则此双凹腔为对称双凹腔，上述两种安稳条件可以合并成一个，即： R1=R2=RL/2 激光器的作业原理解说第8页2.平凹安稳腔: 由一个凹面发射镜和一个平面发射镜组成谐振腔称为平凹腔。其安稳条件为：RL证

  4、实： R1L , ; R2, g2= 1激光器的作业原理解说第9页 3.凹凸安稳腔: 由一个凹面反射镜和一个凸面反射镜组成共轴球面腔为凹凸腔.它安稳条件是: R10, R2L , 且 R1+R2L .或许:R2L ,可以证明: 0g1 g21. (办法同上)激光器的作业原理解说第10页(二).非稳腔 : g1 g21 或 g1 g201. 双凹非稳腔: 由两个凹面镜组成共轴球面腔为双凹非稳腔.这种腔安稳条件有两种状况.其一为: R1L此刻所以 g1 g20 激光器的作业原理解说第11页其二为: R1+R2L可以证明: g1 g21 (证明略)2.平凹非稳腔安稳条件: R1L , R2= 证明

  5、: g2=1, g10 g1 g20 激光器的作业原理解说第12页3.凹凸非稳腔凹凸非稳腔非安稳条件也有两种:其一是: R20, 0R1L可以证明: g1 g20 其二是: R20, R1+R2L可以证明: g1 g21 4.双凸非稳腔 由两个凸面反射镜组成共轴球面腔称为双凸非稳腔. R10, R20 g1 g21激光器的作业原理解说第13页5.平凸非稳腔 由一个凸面反射镜与平面反射镜组成共轴球面腔称为平凸腔。平凸腔都满意g1 g21 。(三)临界腔: g1 g2 = 0 , g1 g2= 1 临界腔归于一个极限状况,其安稳性视不一样腔而不一样.在谐振理论研究和实践运用中,临界腔含有十分首要意

  6、义. 共焦腔焦点在腔内，它是双凹腔共焦腔焦点在腔外，它是凹凸腔激光器的作业原理解说第14页1.对称共焦腔腔中心是两镜公共焦 点且： R1= R2= R = L=2F F二镜焦距 g1 = g2 = 0 g1 g2 = 0可以证明，在对称共焦腔内，恣意傍轴光线可往复多次而不横向逸出，而且经两次往复后即可自行闭合。这称为对称共焦腔中简并光束。整个安稳球面腔方式理论都可以建立在共焦腔振动理论基础上，所以，对称共焦腔是最首要和最含有代表性一个安稳腔。激光器的作业原理解说第15页2.半共焦腔由共焦腔任一个凹面反射镜与放在公共 焦点处平面镜组成 R = 2L g1 = 1 , g2 = 1/2 故 g1

  7、g2 =1/21 （安稳腔）3.平行平面腔由两个平面反射镜组成共轴谐振腔 R1=R2=，g1=g2=1， g1 g2=1激光器的作业原理解说第16页4.共心腔 两个球面反射镜曲率中心重合共轴球 面腔 实共心腔双凹腔 g1 0 ，g2 0 虚共心腔凹凸腔 g1 0 ，g2 0 都有 R1+R2= L g1 g2 =1 （临界腔） 光线即有简并，也有非简并激光器的作业原理解说第17页二.安稳图: 安稳条件图示 1.效果:用图直观地表明安稳条件,判别安稳状况 *(光腔) 2.分区: 图上横轴坐标应为 ,纵轴坐标应为 安稳区: 由 (二直线 和 *(二支双曲线 线所围区域(不含鸿沟) *(图上白色非暗影区) 临界区: 鸿沟限 非稳区: 其他部份 *(暗影区)图(2-2) 共轴球面腔安稳图 *一球面腔(R1 ,R2 , L)对应(g1 ,g2)落在安稳区, 则为安稳腔 *一球面腔(R1 ,R2 , L)对应(g1 ,g2)落在临界区(鸿沟限), 则为临界腔 *一球面腔(R1 ,R2 , L)对应(g1 ,g2)落在非稳区(暗影区), 则为非稳腔 激光器的作业原理解说第18页3.运用安稳条件可将球面腔分类以下: 双凹安稳腔，由两个凹面镜组成，对应图中l、2、3和4区. (0g11 ，0g21 ; g10, g20)平凹安稳腔，由一个平面镜和一个凹面

  10、0对应图中暗影单个光学谐振腔都对错稳腔。 图(2-2) 共轴球面腔安稳图激光器的作业原理解说第19页1平行平面腔2半共焦腔3半共心腔4对称共焦腔5对称共心腔稳区图激光器的作业原理解说第20页2.1.3 安稳图运用 一.制造一个腔长为L对称安稳腔，反射镜曲率半径取值规模怎样确认？ 由于对称安稳腔有: R1= R2= R即: g1 = g2 所以对称安稳腔区域在安稳图A、B连线) 共轴球面腔安稳图所以,反射镜曲率半径取值规模:最大曲率半径R1= R2 是平行平面腔;最小曲率半径R1= R2 是共心腔A点: g1 = g2 1 R1= R2B点: g1 = g2 - 1 R1= R2激

  11、光器的作业原理解说第21页 二.给定安稳腔一块反射镜，要选配另一块反射镜曲率半径，其取值规模怎样确认? 图(2-2) 共轴球面腔安稳图比方: R1 = 2L 则 g1 =0.5在安稳图上找到C点,衔接CD两点,线段CD便是别的一块反射镜曲率半径取值规模.激光器的作业原理解说第22页 三.假设已经有两块反射镜，曲率半径别离为R1、R2，欲用它们组成安稳腔，腔长规模怎样确认？ 图(2-2) 共轴球面腔安稳图令k =R2/R1 例k =2 得直线方程在安稳规模内做直线AE、DF，在AE段可得 0LR1同理：在DF段可得 2R1L3R1激光器的作业原理解说第23页 例: 某安稳腔双面反射镜曲率半径别离

  12、R1=-1m 及 R2=1.5m 。(1)这是哪一类型谐振腔? (2)试确认腔长L或许取值规模, 并作出谐振腔简略示意图。(3)请作安稳图并指出它在图中或许方位规模。解.(1)R10 (凸镜)而R20 (凹镜)且安稳, 是凹凸安稳腔。(2)安稳腔应满意激光器的作业原理解说第24页（A）先考虑(A)式左面不等号即 时 又 (因 且 )再考虑(A)式右边不等号即 时 即 故得腔长取值规模为 激光器的作业原理解说第25页zR2=1.5mR1=-1mL激光器的作业原理解说第26页(3)把腔长取值规模 别离代入 和 表明式可得 和可见此腔坐落安稳图中或许规模是榜首象限内由三条直线 、 、 、 以及双曲线 一支所围成区域(不包括鸿沟)。即下列图暗影区内:激光器的作业原理解说第27页

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