第三章 激光器的输出特性课件.ppt

第三章激光器的输出特性§§§§§§:亮度高方向性好相干性好单***好输出功率振荡模式发散角由谐振腔决定谐振腔理论:几何理论衍射理论模式:横模纵模激光场在空间的分布自再现模:存在于镜面处,且往返渡越后仍能再现的稳态光场分布称为自再现模在开腔中是否存在电磁场的本征态或不随时间变化的稳态场分布?如何求场分布?与输出相关的是镜面上的场!稳态场分布的形成:可看成光在两镜面间往返传播的结果!方法一个镜面上的场另一个镜面上的场求解衍射积分方程!§、决定腔模形成的损耗:3、稳态场的形成——模的“自再现”镜1上的场分布,到达镜2时,由于衍射,要经历一次能量的损耗和场分布的变化,中间能量损失小,镜边缘损失大,每单程渡越一次,都会发生类似的能量损耗和场分布变化,多次往返后,从而逐渐形成中间强、边缘弱的基本不受衍射影响的稳态场分布,该稳态场分布一个往返后可“自再现”出发时的场分布,唯一变化是镜面上各点的场振幅按同样的比例衰减,各点相位发生同样大小的滞后。一、开腔模的一般物理概念1、理想开腔模型两块反射镜面放在无限大的均匀的各向同性介质中。主要是腔镜边缘的衍射损耗,其他的损耗只使横截面上各点的场按照相同比例衰减!(1)自再现模:往返一次能再现自身的稳态场分布。(2)往返损耗:自再现模往返一次的损耗。二、自再现过程的形象化描述和定性解释:孔阑传输(3)往返相移:自再现模往返一次的相位变化等于2π的整数倍。横向场振幅分布和相位分布都均匀的平面波入射,经过多次孔阑的衍射影响后,二者都变得不再均匀,成为相对场振幅和相对相位分布都不受衍射影响的稳态场分布。1、只有不受衍射影响的场分布才能形成稳定的场分布,成为自再现模。三、几点理解2、衍射起“筛子”作用,将腔中允许存在的自再现模从各种自发辐射模中筛选出来。3、自再现模是多次衍射的结果,与初始波形无关,但不同的初始波形最终形成的场分布不同,而自发辐射可提供不同的初始波形,因此决定了自再现模的多样性。4、每经过一次衍射,光束横截面上各点的相位就发生一定程度的关联,则由于经过足够多次衍射的作用后,光束横截面上各点的相位关联越来越紧密,从而使光的空间相干性变强。2、定量处理开腔模式问题的数学理论:菲涅耳—基尔霍夫衍射积分功能:如果知道了光波场在其所达到的任意空间曲面上的振幅和相位分布,就可以求出该光波场在空间其他任意位置处的振幅和相位分布。1、分析衍射的理论基础:惠更斯—菲涅耳原理四、菲涅耳—基尔霍夫衍射积分各子波源发出的球面波倾斜因子经过q次渡越后所生成的场uq+1与产生它的场uq之间也应满足类似的迭代关系:五、对称开腔中自再现模应满足的积分方程式按照自再现理论,当渡越次数q足够大时,除了一个表示振幅衰减和相位移动的复常数因子以外,uq+1应该再现uq,则:代入迭代关系得