激光器:增益介质、谐振腔、激励能源三个基本部分,激光器输出的光谱线宽度是由自然增宽、碰撞增宽和多普勒增宽叠加

首 页 > 近代物理实验 >激光模式分析> 实验原理 　 1．激光器模式的形成 激光器是由增益介质、谐振腔、激励能源三个基本部分组成的. 如果用某种激励方式，使介质的某一对能级间形成粒子数反转分布，由于自发辐射的作用，将有一定频率的光波产生，并在谐振腔内传播，被增益介质增强、放大. 被传播的光不是单一频率的光. 因能级有一定的宽度，加之粒子在谐振腔内运动受多种因素的影响，实际上激光器输出的光谱线宽度是由自然增宽、碰撞增宽和多普勒增宽叠加而成. 不同类型的激光器，工作条件不同，以上诸影响因素有主次之分. 如实验中所用的小功率、低气压的He-Ne激光器的6328谱线就以多普勒增宽为主，增宽线型基本上呈高斯函数分布，宽度约为1500MHz，如图5-1-1所示. 只有频率落在展宽范围内的光在介质中传播时，光强才能获得不同程度的放大. 但只有单程放大，还不足以产生激光，还需要有谐振腔对其光学反馈，使光在多次住返传播中形成稳定、持续的振荡，才有激光输出的可能. 而形成持续振荡的条件是光在谐振腔内往返一周的光程差为波长的整数倍，即 (5-1-1） 这是光波相干放大的条件，满足此条件的光将获得极大增强，其它则相互抵消. 上式中u是折射率，对于气体，u ≈ 1；L是腔长；q是正整数. 每一个q对应纵向一种稳定的电磁场分布λq ，叫一个纵模，q称作纵模序数. q是一个很大的数，通常我们不需要知道它的数值，而是关心有几个不同的q，即激光器有几个不同的纵模. 5-1-1式同时是驻波形成的条件，即腔内的纵模是以驻波的形式存在的，q值反映的是驻波波腹的数目. 纵模的频率为 (5-1-2） 相邻两个纵模的频率间隔为 (5-1-3） 图5-1-2 纵模和纵模间隔