光谱线宽课件光谱线宽课件 影响纵模数的因素：影响纵模数的因素：（（1 1）工作原子自发辐射的荧光）工作原子自发辐射的荧光线宽线宽（（2 2）激光器的）激光器的腔长腔长在谱线内，满足增益阈在谱线内，满足增益阈值条件的那些值条件的那些纵模纵模频率频率才能形成激光才能形成激光参见：课本四章二节 选纵模选纵模 标准具标准具 色散法色散法短腔法短腔法复合腔复合腔 1.色散腔粗选频率 激光介质的谱线常常不止一条，在选单一频率之前，如果先使激光处在单一的谱线上,对选纵模有利原理：在腔中加入一色散元件，使不同波长的光发生分离，其中只有较窄波长范围的光振荡，其他波长的光偏离腔外选出一条谱线,谱线的宽度可以达到10nm ①棱镜:光通过棱镜时，不同的光出射角不同，则损耗不同，能够振荡的光只有一范围 角色散率 最大偏离角 ②光栅利用炫耀光栅方程：满足上式的光才能在腔中振荡(入射光线和反射光线重合)。
偏离此式的光损耗大，偏离的多，光不能振荡光沿槽法线方向入射，出射光沿此方向特点：上述两种色散腔粗选法只能选出具有一定宽度的谱线，不能选出单一的频率 2. 缩短腔长使纵模间隔大于谱线有效宽度纵模间隔适用于荧光谱线较窄的激光器增益曲线内只存在一个纵模 3. 腔内插入法布里－珀罗标准具多光束干涉，透射峰频率q 为正整数；n 为标准具两镜间介质折射率；d 为标准具长度；q 为标准具内光线与法线的夹角相邻透过率峰的频率间隔 透射谱线宽度R为镜反射率 图5.3-4所示的是标准具选纵模装置示意图法布里—珀罗(F-P)标准具对不同波长的光束具有 不同的透过率，可以用下式表示： 式中， 为标准具的精细度；R为标准具的反射率；d为标准具的厚度(即两平行面的间隔)；φ是标准具中参与多光束干涉效应的相邻两出射光线的相位差，即 (式中，n为标准具介质的折射率；α′为光束进入标准具后的折射角,一般很小，conα’ ≈ 1)。
5.3-8)* 标准具简介T(λ)是波长或φ及R的函数 图5.3-5 F-P标准具的透过率下图示出了当R取不同值时，T(ν)与φ的变化曲线由图可以看出，标准具有反射率R越大，则透射曲线越窄，选择性就越好选模技术，标准具简介 相邻两透过率极大值的间隔为(类似于前面的 ):上式通常称为标准具的自由光谱区下面解释之） 设波长为λ1和λ2 ( λ2﹥ λ1) 的两光以相同的方向射到法布里—珀罗标准具上，( )它们各生一组同心圆环状的干涉亮条纹(主最大)，对同一干涉级(k)， λ2的干涉圆环的直径较λ1的小些，如图所示， 当满足: 2ndcosi′= k λ1 =(k-1) λ2时， λ1的第k级亮圆环与λ2的第(k-1)级亮圆环重迭,因而得 由于在法布里—珀罗标准具中, 大多数情况下, cosi′≈1，所以上式中的k值应为 以此k值代入上式，K-1, λ1K-1, λ2K, λ2K, λ1K+1, λ2K+1, λ1则得 ,实际上，可认为 λ1 λ2= 或 ，还可省略λ的下标，故有： 标准具简介 此Δλ值是某一波长光的干涉圆环和另一波长光的干涉圆环重合时的波长差，亦即在给定d的标准具中，若入射光的波长在λ1到λ1+Δλ的波长范围以内，则所产生的干涉圆环不重叠，我们称此Δλ为标准具常数或称标准具的自由光谱范围。
标准具的厚度d比谐振腔的长度L小得多, 因此它的自由光谱区比谐振腔的纵模间隔大得多也可用频率表示之因为 所以 此为自由光谱区 另一个重要参数是分辨本领：简介完毕 当满足可获得单纵模输出增益曲线谐振腔纵模谱F-P透过率曲线 4.复合腔法 如果用一个反射干涉仪系统取代谐振腔中的一个反射镜，则其组合反射率是光波长(频率)的函数图5.3-8所示的是两种组合干涉复合腔的原理图图5.3-8 复合腔选模 图5.3-8(a)是一个迈克耳孙干涉仪式复合腔，它由一个迈克耳孙干涉仪取代谐振腔的一个反射镜构成该腔可以看成由两个子腔组合而成，全反射镜M和M1组成一子腔，腔长为L+l1，（因为2nL=qiλi）谐振频率 υ1i={c/[2(L+ l1)]}qi(设n=1)另一个子腔由全反镜M和M2组成，其腔长为L+l2，谐振频率为υ2j={c/[2(L+ l2)]}qj 激光器的谐振频率必须同时满足上面两个条件, 即{c/[2(L+ l1)]}qi = {c/[2(L+ l2)]}qj , 而且第一个子腔的光束经过N个频率间隔后的频率正好和第二个子腔的光束经过N+1个频率间隔后的频率再次相等。
由此可以得到复合腔的频率间隔: 适当选择l1及l2，可以使复合腔的频率间隔足够大，即两相邻纵模间隔足够大，与增益线宽相比拟时，即可实现单纵模运转 Δν=c/[2(l1-l2)] (5.3-9) Δν=c/[2(l1-l2)] 图5.3-8(b)所示的为一个福克斯—史密斯(Fox-Smith)干涉仪式复合腔可以证明，复合腔的两相邻的频率间隔为(自己看)图5.3-8 复合腔选模(5.3-11) 谱线加宽谱线加宽线宽对于洛于洛仑兹线型型线核 线翼 定定义full width of half maximum full width of half maximum FWHMFWHM洛洛仑兹线型函型函数数示意示意图 谱线加宽谱线加宽常常识频率、率、圆频率、波率、波长、波、波数数 间关关系系不同表示线宽相对值相同反映了反映了单色性的好坏色性的好坏 激光介质中的实际加宽激光介质中的实际加宽 结束语结束语谢谢大家聆听！！！谢谢大家聆听！！！26 。