激光原理李荣博

2026/4/29 15:15:07

1绪论 (引言)

平行平面腔在激光发展史上最先被采用,第一台激光器(梅曼(T.H.Maiman)的红宝石激光器) 就是用平行平面腔做成的。目前,在中等以上功率的固体激光器和气体激光器中仍常常采用它。平行平面腔的主要优点是,光束方向性极好(发散角小),模体积较大比较容易获得单横模振荡等。其主要缺点是调整精度要求极高,此外与稳定腔比较,损耗也较大,因而对小增益器件不大适用。

2 理论原理

所谓迭代法,就是利用迭代公式 直接进行数值计算,式中K由式(237)确定。 首先,假设在某一镜面上存在一个初始场分布u1

3 实验、模拟、推导结果

3.1计算通过光斑半径以内的功率百分比

共焦腔基模高斯光束腰斑半径

高斯光束作为电磁波,其电场的振幅为:

5

在此式中:为场点距离光轴中心的径向距离 为光轴上光波最狭窄位置束腰的位置坐标

,

为电磁场振幅降到轴向的1/e、强度降到轴向的1/e2的点的半径

为激光的束腰宽度 为光波波前的曲率半径

为轴对称光波的Gouy相位,对高斯光束的相位也有影响

对应的辐射照度时域平均值为

这里为光波束腰处的辐射照度。常数为光波传播介质的波阻抗在真空中,

波长为的光波的腰斑位置在轴上的分布为

这里将

定义为束腰的位置。

被称为瑞丽距离。

是光束波前的曲率半径,它是轴向距离的函数

2

光束参数的复数为

利用复数光束参数,具有一个横向维度的高斯光束电磁场与下式成比例

在二维的情况里,可以讲散光的光束表达为乘积的形式

对于圆对称的普遍情况,

,可以得出

流经距离z轴半径为r的圆的功率为

这里 为电磁波传播的总能量,流经以为半径的圆的能量占总能量的比值为

类似的,占光波总能量约95%的部分将流经半径为3.2实验步骤

1.如上图所示,在高斯光束的轴线上某一点B处放入于光轴垂直的光阑(其孔半径为a),用卷尺测量出B到光腰O(此题中即为谐振腔的中心)的距离z;

3

的圆形面积。

OzB2a功率计探头

2.用激光功率计测出通过小孔光阑的光功率P1; 3.移走光阑,量出高斯光束的总功率P0;

4.将所得到的数据代入(III)及(IV)式即可求出f(根据实际情况决定(IV)式根号前正负号的取舍。)

4 结论

本课设要求是在光轴不同位置测量功率从而求出共焦参数,根据实验测得的光阑(其孔半径为

a),B到光腰O(此题中即为谐振腔的中心)的距离z,通过小孔光阑的光功率P1,高斯光束的总功率P0,将所得到的数据代入(III)及(IV)式即可求出f(共焦参数)。.

讨论:光阑半径大小对测量结果的影响:

由本课设可知光阑半径a的大小对测量结果的共焦参数f有成正比的关系。

4

参考文献

[1] Wolfe.Invariance of the spectrum of light on propagation[J].Phys.Rev.Left.1986, 56(13):1370\[2] Wolfe,James DFV:Correlation-induced spectral changes.Rep.Prog.Phys.59(1996)771—818. [3] 激光原理/周炳琨,-6版-北京;国防工业出版社,2013.8

[4] 蔡超,蒲继雄.部分相干光被色差透镜聚焦的光谱异常现象[J].光子学报,2004,33 (12) :145621460.

5


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