激光限模技术

激光单元技术

激光单元技术之一。激光器内的振荡模式，按光场空间分布或传输特性之不同，而区分为不同的横模；按频谱之不同而区分为不同的纵模。在工作物质和激励条件为给定的条件下，激光振荡的实际横模数与纵模数主要由共振腔特性所决定。

介绍

共振腔（见激光共振腔技术）对横模数目的限制，主要由基横模与高阶横模的损耗率差异所决定；对非稳腔而言,这个差异较大,故限模能力强,输出光束发散角比较小；对稳定腔而言,上述差异较小,故限横模能力较小,输出光束发散角较大；介稳腔的限模能力，则可做到与非稳腔相近。共振腔的纵模频谱结构，是由腔内光束多次往返过程中的多光束干涉条件所决定的。对具有相同传输方向的光场而言，可对应一系列分立的共振频率，相邻两共振频率之差为δv=c/2L，这里c为光速，L为共振腔长；与不同共振频率对应的模称为不同的纵模,以不同的纵模指数q来表征。由于置于共振腔内的激光工作物质的激光增益带宽是有限的，因此只有处于这一增益带宽内的那些纵模频率才有可能真正起振，这意味着在工作物质、激励水平和共振腔为给定的情况下，能实际形成振荡的纵模数也是有限的（见附图）。　上面所提到的共振腔对横模和纵模的限制能力是有一定限度的，在某些条件下，人们希望能在尽可能保证输出激光功率（或能量）水平不明显降低的前提下，能进一步人为地压缩振荡横模与纵模数；为此就必须采取一系列专门的附加技术，分别称为限横模技术和限纵模技术。

限横模技术　如前所述，激光器的振荡横模数，主要是由共振腔型的选择和具体几何参量的设计所决定的。选择不同的腔型（如非稳腔与稳定腔），可导致振荡横模数和输出光束发散角较大程度的变化（例如从零点几毫弧度到十几毫弧度）。从这种意义上来说，限横模技术，首先表现为共振腔型的选择和具体参量的设计考虑。当然,在共振腔型和具体参量已确定的前提下,还可进一步采取一些辅助性的措施，例如采用孔径光阑或者视场光阑的方法，亦能达到进一步减少振荡横模数和压缩输出光束发散角的目的。但采取这种附加的限模措施，往往同时伴随着输出光功率的不同程度的降低；除此之外，激光工作物质本身的静态光学质量不佳，或在运转过程中由于激励不均匀和激光振荡光场分布不均匀等因素，会进一步导致工作物质的光学质量变坏。以上两种情况，也会使对激光器输出发散角的进一步压缩变得困难。

限纵模技术　激光器的振荡纵模数目，由腔长、工作物质增益线宽和激励水平等因素所决定。设由增益线宽和激励水平所决定的激光振荡的大致频率范围为 Δv，腔所允许的相邻两振荡纵模的频率间隔为δv，则实际起振的纵模数目为Δv/δv。由此可见，减少振荡纵模数可通过两条途径来实现：一种途径是设法压缩允许的激光起振频率范围Δv，亦即设法压缩激光器的有效增益带宽Δv；另一种途径则是设法增大相邻两振荡纵模之间的频率间隔δv。为压缩有效增益带宽Δv，可分别采取色散元件光谱选择反馈方法或者腔内光谱选择带通滤波器方法。前一种方法的原理是利用腔内色散元件(光栅、棱镜等)对特殊选定的比较小的频率范围内的腔内光束提供有效的光学反馈能力，从而达到限制振荡频率范围的目的。后一种方法是在腔内置放一块或多块法布里－珀罗标准具之类的带通滤光元件，使得只有较窄频率范围内的光才能在腔内多次往返形成有效振荡。为增大相邻纵模之间的频率间隔δv，诚然可采取缩短腔长L的方法,但却受到激光工作物质长度等因素的限制。因此，实际上可采用另外一种方法，即组合腔（耦合腔）限纵模的方法。为此，可设计激光器的共振腔由多个共振腔回路相互耦合组合而成；此情况下，振荡光束在腔内为形成振荡而必须满足的多光束干涉增强条件，这不仅要求满足某一个单独的振荡回路而且要求满足由它们组合而成的振荡回路；这意味着共振频率条件更加苛刻，从而导致实际振荡纵模之间的有效频率间隔δv增大和相应的振荡纵模数减少。

理论与实验均表明，在适当的设计考虑和激光器工作条件下，单横模运转、单纵模运转以及单横模、单纵模的同时运转，均是可以作到的。

全国各地天气预报查询

上海市

云南省

云南省

云南省

云南省