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1、第 12 讲,单模激光器的线宽由那些因素决定 无源腔线宽 有源腔线宽 单模激光器的线宽极限 自发辐射对单模输出线宽的影响 单模激光器输出线宽极限的估算 稳频激光器 兰姆凹陷 饱和吸收 习题课,5.5 单模激光器的线宽极限 单色性时间相干性（频率特性）,多模激光器谱宽,单模激光器线宽,测量谱宽的方法：光谱仪 （分辨率：0.02nmGHz）； 扫描干涉仪 （MHz） 自差拍 （KHz）,一、无源腔线宽谐振腔模本征线宽 无源腔 (g=0吸收与发射的光子数相等 ) 光在无源腔中的传播时的光强变化,举例：He-Ne 激光器 L=30cm，r11，r2 0.98,无源腔线宽由无源腔内的光子寿命决定,二、有
2、源腔（激光谐振腔）线宽 （g 0),仅从光子寿命出发来讨论 ？,有源腔线宽小于无源腔线宽,稳定振荡,2. 求 al , Nl,有源腔净损耗不为0，这部分损耗是由自发辐射补偿的,三、Dns 的估算 ( 四能级，单模， L l）,分配该模式中的自发辐射几率,=,1. 求ds,代入,5.5.8,举例：He-Ne 632.8nm L=30cm T=0.02, P0=1mw Dnc=1.6106 Hz Dns= 610-3 Hz n2t /Dn2t=1,Nl ,al 代入 (5-5-8) (5-5-3),3.,单模激光器的（理论）线宽极限,四、实际激光器输出激光的线宽,远远超出极限线宽许多量级 原因：温
3、度及其它因素引起的频率漂移,氦氖激光器（玻壳）0.01oC 1MHz； 固体激光器 o 漂移,小结： 1) 单模激光器线宽极限的物理原因：自发辐射，噪声 2) DnsDnc P0 s 腔内相干辐射光子增多，受激辐射在 Pout占更大比例,He-Ne,小结：(续） 4) s (Dnc)2 : c s ; Lc s 外腔半导体激光器 5) 单模激光器实际线宽取决于频率稳定性,7.2 稳频激光器 一、外界因素对频率稳定性的影响 纵模频率： 频率稳定性： 谐振腔几何长度变化：温度、振动 10-3/oC 折射率变化：温度，D起伏（放电电流、驱动电 流等），气压、湿度 单模氦氖激光器频率稳定性：10-4-
4、10-5 Dn=1010Hz 采取恒温、防震、隔声、稳压、稳流措施：10-7,二、稳频基本原理：稳定谐振腔光学长度,选择标准参考频率 获取误差信号 驱动电子伺服系统自动调节腔长,三、稳频方法 *兰姆凹陷 *饱和吸收 塞曼吸收 F-P标准具,稳频系统,光 电 接 收,频率稳定性：10-9,nn0 同相 nn0 反相 n=n0 2f,nn0 同相,nn0 反相,压电陶瓷：改变腔长 直流: 调节激光器输出频率 交流信号: 搜索信号， 判断 +,-,正向电压 外(+)，内(-) 反向电压 外(-)，内(+),nn0 同相 反向 压电陶瓷 腔长q 拉回n0 nn0 反相 正向 压电陶瓷 腔长q 拉回n0
5、 n=n0 2f 0 电压 压电陶瓷不变 n= n0,频率复现性差 10-7 要求兰姆凹陷对称, 窄且深, 饱和吸收稳频反兰姆凹陷,压电陶瓷,吸收管内充气压: 110 Pa 多普勒加宽为主 低压气体吸收峰频率 稳定性好,烧孔宽度,吸收曲线 烧孔效应,b(n1),吸收饱和 增益饱和,+,放置吸收管的谐振腔单程损耗,输出功率,Pn1曲线上形成反兰姆凹陷,频率稳定性: 10-1110-12 频率复现性 10-11,632.8nm: 碘同位素蒸汽；3.39mm: 甲烷；1530.3718 nm ：乙炔, F-P标准具稳频,习题讲解,P.162 4-13, 20 P.185 5-7, 10 P.242
6、7-2,光功率计,稳态,代入,其中,习题4-20,（3） 充混合气体,习题5 -7,(1),（d）要使混合气体增益曲线对称,多些,(2)增益线宽相等,线宽小， Ne22多些,？,要使,需,A. 能否起振 l1=l2=l; l1 l2 B. 若入射光强 能否起振 l1=l2=l,d,任何频率模均不能振荡,均匀加宽,习题5-10,A,B,C,l1,l2,gm,am,n0 , IsG,n0 , Isa,d,B. 若瞬时输入足够强光信号 能否起振 l1=l2=l,振荡条件,I1,I2,的物理意义？,腔内增益吸收损耗 此时吸收饱和不够,吸收达到饱和，变为透明；增益深度饱和,1,2,3,思考： 输入光强 变化，腔内光强如何变化? 腔内光强达到稳定后，减小输入光强?,d,
