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单纵模激光器

导读: 电磁场理论表明,在具有一定边界条件的腔内,电磁场只能存在于一系列分立的本征状态之中。

  电磁场理论表明,在具有一定边界条件的腔内,电磁场只能存在于一系列分立的本征状态之中。将激光腔内可能存在的电磁场的本征态称为腔的模式,也就是激光模式。从光子的观点来看,腔的模式也就是腔内可以区分的光子状态,同一模式内的光子具有完全相同的状态。

  腔内电磁场的空间分布可分解为沿传播方向(腔轴线方向)的分布和在垂直于传播方向的横截面内的分布。其中,腔模沿腔轴线方向的稳定场分布称为谐振腔的纵模,在垂直于腔轴的横截面内的稳定场分布称为谐振腔的横模。

  当光波在腔镜上反射时,入射波和反射波会发生干涉,多次往复反射将发生多光束干涉。为了能在腔内形成稳定振荡,要求光波因干涉而得到加强。由多光束干涉理论可知,发生相长干涉的条件是:波从某一点出发,经腔内往返一周再回到原来位置时,应与初始出发波同相。激光沿腔的轴线方向形成驻波,不同的驻波有不同的波节数。由于谐振腔的腔长远大于光波波长,一般波节数具有104~106数量级。所以,一般对纵膜不加以控制的激光器,具有成千上万个不同的纵模。

  激光的横模,是指光斑的横向能量分布,实际上就是谐振腔所允许的各种光场的横向分布,它要求激光在腔内往返传播,能够保持相对稳定不变。

  单频激光器要求激光既是单纵模又是单横模。由于单频激光器具有光束质量好、相干长度长、谱线宽度窄、单色性好等优点,因此在激光雷达激光测距、激光遥感、激光医疗、光谱学、光频标准和非线性光学频率变换等领域中具有广泛的应用。通常来说,获得单频激光器的方案主要有以下几种:环形腔,短腔法,腔内插入选模元件,扭转模,预激光,种子注入等。

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