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标题: 什么是“激光腔模式” [打印本页]

作者: 风轻扬 时间: 2016-11-1 08:23
标题: 什么是“激光腔模式”
   什么是“激光腔模式”？有很多的朋友们对此可能比较陌生，今天光电工程师社区整理了相关的知识，大家可以学习一下。

   尽管激光被称为最纯色的光，它仍然不是一种具有单一频率或波长的光。所有激光器产生的激光都有自己的带宽，也就是频率范围。工作中的激光带宽主要由产生激光的增益介质决定，而可以产生激光的频率范围也被称作增益带宽。例如，典型的氦氖气体激光器的增益带宽为1.5吉赫，亦即中心波长633纳米，波长范围仅0.002纳米，而钛掺杂蓝宝石固体激光器的带宽为128太赫，亦即中心波长800nm，波长范围300nm。第二个影响发射激光频率的因素是激光器的共振腔。在最简单的激光器中，激光器的共振腔是在增益介质的两端面对面的摆放两块平面镜，这种设计也被称为法布里-珀罗腔。由于光是一种波，它在共振腔两端的平面镜之间反射的时候自身会产生相生和相消干涉，从而在平面镜之间形成驻波，也被称为模式。

   这些驻波会产生离散的频率，被称为激光腔的纵模。这些模式是激光共振腔所能允许自发产生并在其间振荡的光波的频率，所有其它频率的光波都因相消干涉而被压制。对于简单地平面镜共振腔来说，共振腔的长度需要是模式对应光波半波长的整数倍，亦即L = qλ/2，其中q是一个整数，被称为模式的阶数。在实际应用中，镜面间距L通常要远远大于波长λ，因此对应的模式阶数q非常大，通常在105 至 106。通常我们对相邻的两个模式q和q+1之间的频率间隔非常感兴趣，对与长度为L的线性共振腔来说，这个频率间隔Δν为

其中c为光速，约为3×108米/秒。

采用上面的公式，我们可以计算出对于一个镜面间距为30厘米的小型激光器，其纵模间的频率间隔为0.5吉赫。因此，在上文中给出的两个激光器中，氦氖激光器的带宽为1.5吉赫，因此可以允许3个纵模；而钛掺杂蓝宝石固体激光器的带宽为128太赫，因此可以允许接近250000个纵模。当多于一个纵模的激光被激发的时候，激光器处在多模工作状态，而如果只有一个纵模的激光被激发，激光器被称为处在单模工作状态。每一个单独的纵模也有其自身的带宽，其频率仍然处在一个很窄的区间上。这个带宽由共振腔的品质因数决定，通常远远小于模式间的频率间隔。

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