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0431-81702023
光學工程
激光器模式測量方法
       一臺激光器是否實現了單模(橫模或縱模)運轉,其運轉時是否穩定。都需要有一定的檢測方法,現就一般常用的觀測法予以介紹。
       1.橫模的直接觀測法。眾所周知,不同橫模的光強在橫截面上具有不同的分布。觀測連續可見波段輸出的激光器,只需在光路中放一光屏,橫模形狀將立即顯現于屏上,可供觀察與分析。
      對于紅外與紫外波段輸出激光器件,可使用顯像管。
      紅外激光束(如Nd3+:YAG,其λ==1.06um),經擴束后入射在顯像管的接收面上,陰極接收光予以后發出光電子,經電子光學系統加速奔向陽極 并聚集在熒光屏上。熒光屏便顯現出激光束橫模的光強分布圖案。對紫外光只需配用合適的陰極材料亦可適用。此方法十分簡便,只需配用一臺小功率直流高壓電源 即可。也可用照相機拍攝不同時刻的橫模圖像以供研究。
      觀測橫模還可直接拍照,可根據激光器的輸出波長來選擇感光底片。目前,不同波長的感光底片品種日益增多,因而給橫模模式的觀測提供了有利條件。
      利用某種轉換材料(使波長由長變短)制成薄片,可將紅外光轉換為可見光。這對一些中小功率的紅光激光器觀測其橫模光斑圖樣十分方便。
上述各種直接觀測法的特點是簡便,但觀測是粗略的,分辨能力不高。
      2.光點掃描法測橫模。此方法主要用來對連續輸出的激光器進行觀測。激光束(經擴束鏡)擴大光斑后,投射到由電動機帶動的轉鏡上,反射后再投向一帶有小孔光闌的光電探測器上,經電子線路放大后接示波器顯示波形。
      此法可將激光橫模模式光強分布的二維圖像變換到示波器上,顯示出其相應的一維光強分布波形。若為基模,則示波器上呈現出光滑的高斯分布曲線。反之,示波 器上會出現兩個以上的波峰對應于多橫模狀態。右面是示波器上觀測到的波形,左面是與之相對應的橫模光斑圖樣。此法對于判定基模比直接觀測法好,縮小光闌, 波形清晰度可達相當高的程度,同時還可監視激光橫模隨時間的變化(穩定狀況),這是一種較常用的方法。
      3.掃描干涉儀。此法是通過測量橫模或縱模的頻率來判定模式的。其分辨力可高達2.5×109。由諧振腔理論可知,該無源腔的諧振頻率為:
vmnq=c/2L[q+1/π(1+m+n)cos-1(g1g2)1/2](1)
       式中L為無源腔長,g1=1-L/R1,g2=1-L/R2,其中,R1和R2分別表示兩反射鏡的曲率半徑,m和n為橫模序數,q為縱模序數。若使掃描 干涉儀的無源腔和待測激光光束匹配得當,需在無源腔內加小孔光闌,以增加高次橫模的衍射損耗,那么掃描干涉儀的無源腔將只在基模(TEM00)諧振。此時 將m=n=0代入上式可得:
      v00q=c/2L[q+1/πcos-1(g1g2)1/2](2)
      因此,只有待測激光束中滿足頻率條件式(2)的那些成分才能通過掃描干涉儀的無源腔。
      將無源腔的一反射鏡與接通可調電壓的壓電陶瓷相連接,則可通過改變電壓而使腔長變化,從而導致該無源腔所允許通過的激光頻率發生變化。若此電壓由示波器 的鋸齒波掃描電壓提供,即對激光允許通過的頻率進行周期性掃描。如果激光有多個頻率均落在掃描周期的頻率范圍內,則在此周期時間內,這些頻率將隨時間先后 通過無源腔,由光電探測器接收后,從示波器上顯示出來。由此可見,用此法觀測模式是十分清楚的。
為防止反射光重新回到待測激光器中去,在光路中加裝由偏振器和1/4波片組成的光學隔離器,此隔離器只允許光束從左至右單向通過。
      掃描干涉儀用于模式(橫模及縱模)觀測時,效果十分良好,如有模式競爭、不穩定現象及各種因素對頻譜的影響都能觀測到,它是測光技術中一種重要的測量儀器。

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