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(shù)和基本工作原理．主要有提高激光相干性的模式的選擇、穩(wěn)頻及注入鎖定;為了獲得窄脈沖高峰值功率的激光束，發(fā)展了Q調(diào)制、鎖模及腔倒空等技術(shù)模式選擇頻率穩(wěn)定Q調(diào)制注入鎖定鎖模14學(xué)時(shí)6-1模式選擇激光的優(yōu)點(diǎn):

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模——光強(qiáng)分布不均勻，光束發(fā)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(zhǔn)直、激光加工、非線性光學(xué)研究、激光中遠(yuǎn)程測(cè)距等——均需要單橫模激光束。精密干涉計(jì)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(yīng)用穩(wěn)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(yùn)轉(zhuǎn)的充分條件是：TEM模的單程增益至少應(yīng)能補(bǔ)償它在腔內(nèi)的單程損耗，一、橫模選擇橫模選擇的物理基礎(chǔ)：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(shù)g、N選擇法6-1模式選擇平面腔：當(dāng)腔鏡傾斜時(shí)基模損耗增加最顯著，腔的偏調(diào)有利于高階模的優(yōu)先振蕩。穩(wěn)定腔：由于基模體積最小面高階模的體積較大，當(dāng)腔鏡發(fā)生傾斜時(shí)．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(xù)維持振蕩。這樣，適當(dāng)將腔鏡傾斜就可以抑制高階核模。3．非穩(wěn)腔選模非穩(wěn)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(diào)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(wěn)定一、蘭姆凹陷穩(wěn)頻6-2頻率穩(wěn)定二、塞曼穩(wěn)頻6-2頻率穩(wěn)定三、飽和吸收穩(wěn)頻6-2頻率穩(wěn)定6-2頻率穩(wěn)定6-3Q調(diào)制一、Q調(diào)制激光器的工作原理6-3Q調(diào)制6-3Q調(diào)制

二、Q調(diào)制的方法6-3Q調(diào)制1．電光調(diào)Q2．聲光調(diào)Q6-3Q調(diào)制

3．被動(dòng)調(diào)Q6-3Q調(diào)制三、脈沖透射式調(diào)Q(腔倒空)6-3Q調(diào)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(shí)現(xiàn)鎖模的方法6-5鎖模6-5鎖模小結(jié)一、基本概念橫模選擇的物理基礎(chǔ):諧振腔中不同橫模具有不同的損耗。頻率穩(wěn)定性：表示在某一測(cè)量的時(shí)間間隔內(nèi)頻率的漂移量與頻率的平均值之比。蘭姆凹陷穩(wěn)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(guò)電子控制系統(tǒng)檢測(cè)激光輸出頻率并通過(guò)壓電陶瓷控制腔長(zhǎng)來(lái)實(shí)現(xiàn)穩(wěn)頻。調(diào)Q技術(shù)：就是通過(guò)控制諧振器的損耗來(lái)改變Q參數(shù)，從而獲得高峰值功率、窄時(shí)間寬度的激光脈沖。脈沖反射式調(diào)Q：首先處于低Q值狀態(tài)，使粒子數(shù)積累，能量?jī)?chǔ)存在工作物質(zhì)中，然后升高Q值，產(chǎn)生激光巨脈沖。脈沖透射式調(diào)Q：首先處于高Q值狀態(tài)，使產(chǎn)生的受激輻射光子數(shù)在諧振腔內(nèi)積累，能量?jī)?chǔ)存在諧振器中，然后降低Q值，產(chǎn)生激光巨脈沖。二、基本公式7.鎖模技術(shù)：對(duì)激光束進(jìn)行特殊的調(diào)制，使不同的縱模具有確定的相位關(guān)系，從而產(chǎn)生相干迭加輸出一列時(shí)間間隔一定的超短脈沖。小結(jié)三、主要知識(shí)點(diǎn)模式選擇的幾種方式蘭姆凹陷穩(wěn)頻的工作原理Q調(diào)制激光器工作原理和特點(diǎn)鎖模激光器的原理和特點(diǎn)四、習(xí)題③,④

小結(jié)研究人員用人類細(xì)胞制成生物激光發(fā)生器提到激光，人們通常會(huì)想到各種機(jī)械激光發(fā)生器，而美國(guó)研究人員6月12日在英國(guó)《自然—光子學(xué)》（NaturePhotonics）雜志上報(bào)告說(shuō)，他們首次利用人類細(xì)胞制成了生物激光發(fā)生器，也就是用活生生的細(xì)胞來(lái)產(chǎn)生激光。

產(chǎn)生激光通常要有3個(gè)要素，第一是光源，第二是受激產(chǎn)生激光的“增益介質(zhì)”，第三是將所產(chǎn)生的光聚攏到一起的“光學(xué)共振腔”。過(guò)去，人們都是利用有特殊性質(zhì)的晶體來(lái)充當(dāng)增益介質(zhì)，而美國(guó)馬薩諸塞綜合醫(yī)院的研究人員卻發(fā)現(xiàn)，可以利用細(xì)胞來(lái)充當(dāng)增益介質(zhì)。

研究人員對(duì)一些人體腎細(xì)胞進(jìn)行改造，使其能夠產(chǎn)生一種綠色熒光蛋白。這種綠色熒光蛋白發(fā)現(xiàn)自會(huì)發(fā)光的水母，只要用藍(lán)光照射，它就會(huì)發(fā)出綠色熒光。研究人員將這樣的一個(gè)腎細(xì)胞放在由兩面微小鏡子組成的光學(xué)共振腔中，共振腔的寬度只有20微米。在用藍(lán)光照射后，光學(xué)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(cè)到，而用于生成激光的這個(gè)細(xì)胞仍然存活。參與研究的馬爾特·加特說(shuō)，這一成果源于好奇心。由于此前激光均由各種機(jī)械裝置生成，他和同事就想，“為什么自然界中沒(méi)有生物能制造激光”，產(chǎn)生了用細(xì)胞組織試試看的念頭，結(jié)果顯示這是有可能實(shí)現(xiàn)的。

對(duì)于這項(xiàng)成果的應(yīng)用前景，研究人員提出了幾種可能。首先，由于不同的細(xì)胞結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的激光在光學(xué)性質(zhì)上有差異，可以通過(guò)分析最后得到的光，來(lái)研究細(xì)胞和機(jī)體組織；第二，目前醫(yī)學(xué)上有一種光動(dòng)力療法，可把對(duì)光敏感的藥物送到要醫(yī)治的機(jī)體部位，然后用光照來(lái)激發(fā)藥效，如果在這種療法中能用上“細(xì)胞激光器”，也許可以增進(jìn)療效。

不過(guò)研究人員也表示，要完全實(shí)現(xiàn)在機(jī)體組織內(nèi)部產(chǎn)生激光，還要解決一個(gè)問(wèn)題，即如何在機(jī)體組織內(nèi)形成一個(gè)光學(xué)共振腔，而不是像本次研究那樣利用外部的兩面小鏡子。（來(lái)源：新華網(wǎng)黃堃）日本研制出世界最短波長(zhǎng)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(fā)射出波長(zhǎng)僅0.12納米的X射線激光，刷新了這種激光最短波長(zhǎng)的世界紀(jì)錄。

根據(jù)日本理化研究所和高輝度光科學(xué)研究中心聯(lián)合發(fā)布的新聞公報(bào)，來(lái)自這兩家機(jī)構(gòu)的研究人員利用建在兵庫(kù)縣的X射線自由電子激光裝置發(fā)出了波長(zhǎng)僅0.12納米的X射線激光，打破了美國(guó)的直線加速器相干光源于2009年4月創(chuàng)下的0.15納米的最短波長(zhǎng)世界紀(jì)錄。

公報(bào)說(shuō)，研究人員將X射線自由電子激光裝置的監(jiān)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(shè)計(jì)進(jìn)行了徹底調(diào)整，從2