光織纜光纖光纜激光的縱模
光織纜光纖光纜激光的縱模諧振條件(1-8)式說明在腔長(zhǎng)L和折射率n確定后,只有某些特定頻率的光才能形成光振蕩,輸出激光。因此,即使激活物質(zhì)已實(shí)現(xiàn)了粒子數(shù)反轉(zhuǎn),可以發(fā)生受激輻射,激活物質(zhì)的增益系數(shù)、損耗系數(shù)和反射鏡的反射系數(shù)都滿足闕值條件(2-7)式,并不是任意波長(zhǎng)的激光都可產(chǎn)生,而只能輸出滿足諧振條件(2-8)式的某些特定波長(zhǎng)的激光。也就是說,激光器的諧振腔具有一定的選頻作用。這樣,雖然原子能級(jí)EE,間發(fā)生受激輻射的光頻率具有較寬的頻率范圍(Av)但過諧振腔的選頻作用后可使其頻寬變小,大大提高輸出激光的單色性。例如氛原子發(fā)出中心頻率為4.74x10"Hz(波長(zhǎng)為6328A)的紅光之頻寬為1.5x10Hz在激光器中經(jīng)過諧振腔選頻以后,輸出激光之頻寬4v僅為10Hz(相應(yīng)的波長(zhǎng)寬度入為1.3x10A)單色性提高了四個(gè)數(shù)量級(jí)。
由(2-8)式知,滿足諧振條件的譜線可能有許多條(分別對(duì)應(yīng)于q=1,23··...·)每條稱為一個(gè)縱模各縱模之間的頻率間隔(Av).=2nL若激活物質(zhì)輻射光的頻寬為(4v)聲,二者之比值(2-9)
N_(Av)為激光所包含的縱橫數(shù),表示輸出激光中包含著相鄰的N個(gè)頻率。N=1的激光器稱為單模(Av)激光器,否則為多模激光器。例如腔長(zhǎng)為10cm的氨激光器(Av)=1.5x10H正好等于氛原子發(fā)出的中心頻率為4.74x10HZ的紅光的頻寬(v)因而該激光器只有一個(gè)頻幸輸出,為單模激光器。但若腔長(zhǎng)為 30cm,(v)=5 x10H,則該紅光中可能包括有相的三個(gè)頻率,即出現(xiàn)三個(gè)縱模,為多模激光器。
從(1-10)式知激光器中出現(xiàn)的縱模數(shù)目與原子發(fā)射的光譜線寬度(Av);有關(guān),(Av)越大,可能出現(xiàn)的縱模數(shù)越多;縱模數(shù)目還與激光器腔長(zhǎng)有關(guān),腔長(zhǎng)越大,(v)。越小,可能出現(xiàn)的縱模數(shù)越多。
為了提高輸出激光的單色性,我們需要單膜輸出,這就要求減少腔長(zhǎng)。但縮短腔長(zhǎng)會(huì)降低輸出功率。為了解決這個(gè)問題,我們可以利用法布里-珀羅標(biāo)準(zhǔn)具,從多模光纖激光器中選出個(gè)縱模頻率,來實(shí)現(xiàn)單模輸出。法布里-羅標(biāo)準(zhǔn)具是一塊厚度為1,對(duì)激光束透明的平行平面板,將其放在諧振腔內(nèi),由于多光束干涉的結(jié)果,只有滿足
(2-11)m=1,2,3......vm=m 2nlcos0的光才有極高的透射率,形成激光輸出;而其他光之透射率極低,不能形成激光振蕩。(2-11)式中n是標(biāo)準(zhǔn)具的折射率,是標(biāo)準(zhǔn)具法線與諧振腔軸線的夾角。由于標(biāo)準(zhǔn)具厚度1很小,使c(Av)m=2nlcos0很大,在(4v)，內(nèi)有高透射率的頻率很少,這就可以減少其縱模數(shù)。例如圖2-3中(a)表示激光器原有五個(gè)縱模,(b)表示標(biāo)準(zhǔn)具對(duì)三個(gè)頻率VmYm-1Vm+有很高的透射率但它們之間隔很大。原有五個(gè)縱模中只有一個(gè)縱模v在標(biāo)準(zhǔn)具中得到高透射率,因而圖(c)中只有一個(gè)縱模輸出。這樣,法布里-珀羅標(biāo)準(zhǔn)具就使原來的多模激光器變成單模激光器。
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