Ch.6激光器特性的控制與改善

本章講述激光器特性的控制與改善的各種技術和基本工作原理．主要有提高激光相干性的模式的選擇、穩頻及注入鎖定;為了獲得窄脈沖高峰值功率的激光束，發展了Q調制、鎖模及腔倒空等技術模式選擇頻率穩定Q調制注入鎖定鎖模14學時6-1模式選擇激光的優點:

方向性、單色性和相干性。一般激光器:多模式輸出含有高階橫?！鈴姺植疾痪鶆?，光束發散角較大；含有多縱模及多橫模的激光束——單色性及相干性差激光準直、激光加工、非線性光學研究、激光中遠程測距等——均需要單橫模激光束。精密干涉計量、光通信及大面積全息照相等——要求激光是單橫模、單縱橫應用穩定腔：基模的衍射損耗最低，隨著橫模階次的增高，衍射損耗將迅速增加。激光器以TEM模單模運轉的充分條件是：TEM模的單程增益至少應能補償它在腔內的單程損耗，一、橫模選擇橫模選擇的物理基礎：諧振腔中不同橫模具有不同的損耗6-1模式選擇6-1模式選擇1．小孔光闌選模2.諧振腔參數g、N選擇法6-1模式選擇平面腔：當腔鏡傾斜時基模損耗增加最顯著，腔的偏調有利于高階模的優先振蕩。穩定腔：由于基模體積最小面高階模的體積較大，當腔鏡發生傾斜時．高階橫模損耗顯著增大，基模受到的影響較小，因而仍可繼續維持振蕩。這樣，適當將腔鏡傾斜就可以抑制高階核模。3．非穩腔選模非穩腔是高損耗腔，不同橫模的損耗有很大差異。腔在高增益激光器中選擇橫模的方法被廣泛采用。4．微調諧振腔6-1模式選擇二、縱模選擇6-1模式選擇1．短腔法2．行波腔法6-1模式選擇3．選擇性損耗法6-1模式選擇6-2頻率穩定一、蘭姆凹陷穩頻6-2頻率穩定二、塞曼穩頻6-2頻率穩定三、飽和吸收穩頻6-2頻率穩定6-2頻率穩定6-3Q調制一、Q調制激光器的工作原理6-3Q調制6-3Q調制

二、Q調制的方法6-3Q調制1．電光調Q2．聲光調Q6-3Q調制

3．被動調Q6-3Q調制三、脈沖透射式調Q(腔倒空)6-3Q調制6-4注入鎖定6-4注入鎖定6-5鎖模一、鎖模原理6-5鎖模6-5鎖模二、實現鎖模的方法6-5鎖模6-5鎖模小結一、基本概念橫模選擇的物理基礎:諧振腔中不同橫模具有不同的損耗。頻率穩定性：表示在某一測量的時間間隔內頻率的漂移量與頻率的平均值之比。蘭姆凹陷穩頻：在非均勻加寬激光器中，以增益曲線中心為參考頻率，通過電子控制系統檢測激光輸出頻率并通過壓電陶瓷控制腔長來實現穩頻。調Q技術：就是通過控制諧振器的損耗來改變Q參數，從而獲得高峰值功率、窄時間寬度的激光脈沖。脈沖反射式調Q：首先處于低Q值狀態，使粒子數積累，能量儲存在工作物質中，然后升高Q值，產生激光巨脈沖。脈沖透射式調Q：首先處于高Q值狀態，使產生的受激輻射光子數在諧振腔內積累，能量儲存在諧振器中，然后降低Q值，產生激光巨脈沖。二、基本公式7.鎖模技術：對激光束進行特殊的調制，使不同的縱模具有確定的相位關系，從而產生相干迭加輸出一列時間間隔一定的超短脈沖。小結三、主要知識點模式選擇的幾種方式蘭姆凹陷穩頻的工作原理Q調制激光器工作原理和特點鎖模激光器的原理和特點四、習題③,④

小結研究人員用人類細胞制成生物激光發生器提到激光，人們通常會想到各種機械激光發生器，而美國研究人員6月12日在英國《自然—光子學》（NaturePhotonics）雜志上報告說，他們首次利用人類細胞制成了生物激光發生器，也就是用活生生的細胞來產生激光。

產生激光通常要有3個要素，第一是光源，第二是受激產生激光的“增益介質”，第三是將所產生的光聚攏到一起的“光學共振腔”。過去，人們都是利用有特殊性質的晶體來充當增益介質，而美國馬薩諸塞綜合醫院的研究人員卻發現，可以利用細胞來充當增益介質。

研究人員對一些人體腎細胞進行改造，使其能夠產生一種綠色熒光蛋白。這種綠色熒光蛋白發現自會發光的水母，只要用藍光照射，它就會發出綠色熒光。研究人員將這樣的一個腎細胞放在由兩面微小鏡子組成的光學共振腔中，共振腔的寬度只有20微米。在用藍光照射后，光學共振腔中果然放射出了激光。雖然這種激光很微弱，但能被清晰地探測到，而用于生成激光的這個細胞仍然存活。參與研究的馬爾特·加特說，這一成果源于好奇心。由于此前激光均由各種機械裝置生成，他和同事就想，“為什么自然界中沒有生物能制造激光”，產生了用細胞組織試試看的念頭，結果顯示這是有可能實現的。

對于這項成果的應用前景，研究人員提出了幾種可能。首先，由于不同的細胞結構所產生的激光在光學性質上有差異，可以通過分析最后得到的光，來研究細胞和機體組織；第二，目前醫學上有一種光動力療法，可把對光敏感的藥物送到要醫治的機體部位，然后用光照來激發藥效，如果在這種療法中能用上“細胞激光器”，也許可以增進療效。

不過研究人員也表示，要完全實現在機體組織內部產生激光，還要解決一個問題，即如何在機體組織內形成一個光學共振腔，而不是像本次研究那樣利用外部的兩面小鏡子。（來源：新華網黃堃）日本研制出世界最短波長X射線激光

日本研究人員近日利用X射線自由電子激光裝置成功發射出波長僅0.12納米的X射線激光，刷新了這種激光最短波長的世界紀錄。

根據日本理化研究所和高輝度光科學研究中心聯合發布的新聞公報，來自這兩家機構的研究人員利用建在兵庫縣的X射線自由電子激光裝置發出了波長僅0.12納米的X射線激光，打破了美國的直線加速器相干光源于2009年4月創下的0.15納米的最短波長世界紀錄。

公報說，研究人員將X射線自由電子激光裝置的監視器、電磁石等硬件，以及精密控制各種儀器的軟件都按最佳設計進行了徹底調整，從2