第四章 激光基本技术
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第4章激光的基本技术激光器发明以来各种新型激光器一直是研究的重点。
为将激光器发出的高亮度、高相干性、方向性好的辐射转化为可供实用的光能,激光技术也得到了极大的发展。
这些技术可以改变激光辐射的特性,以满足各种实际应用的需要。
其中有的技术直接对激光器谐振腔的输出特性产生作用,如选模技术、稳频技术、调Q技术和锁模技术等;有的则独立应用于谐振腔外,如光束变换技术、调制技术和偏转技术等。
在使用激光作为光源时,这些技术必不可少,至少要使用其中一项,常常是诸项并用。
本章讨论激光工程中一些主要的单元技术。
因为激光技术涉及的内容十分广泛,这里只给出基本概念和基本方法。
4.1激光器输出的选模激光器输出的选模技术就是激光器选频技术。
前几章中已经讨论过激光谐振腔的谐振频率。
大多数激光器为了得到较大的输出能量使用较长的激光谐振腔,这就使得激光器的输出TEM模)与高阶模相比,具有亮度高、发散角小、径向光强分布是多模的。
然而,基横模(00均匀、振荡频率单一等特点,具有最佳的时间和空间相干性。
因此,单一基横模运转的激光器是一种理想的相干光源,对于激光干涉计量、激光测距、激光加工、光谱分析、全息摄影和激光在信息技术中的应用等都十分重要。
为了满足这些使用要求,必须采用种种限制激光振荡模的措施,抑制多模激光器中大多数谐振频率的工作,利用所谓模式选择技术,获得单模单频激光输出。
激光器输出的选模(选频)技术分为两个部分,一部分是对于激光纵模的选取,另一部分是对激光横模的选取。
前者对激光的输出频率影响较大,能够大大提高激光的相干性,常常也叫做激光的选频技术;而后者主要影响激光输出的光强均匀性,提高激光的亮度,一般称为选模技术。
4.1.1 激光单纵模的选取1.均匀增宽型谱线的纵模竞争前面已经指出,对于均匀增宽型的介质来说,每个发光粒子对形成整个光谱线型都有相同的贡献。
当强度很大的光通过均匀增宽型增益介质时,由于受激辐射,使粒子数密度反转分布值下降,于是光增益系数也相应下降,但是光谱的线型并不会改变。