单模激光器的线宽由那些因素决定

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：0.02nm－GHz）；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，r1＝1，r2＝0.98…………无源腔线宽由无源腔内的光子寿命决定二、有源腔（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-Ne632.8nmL=30cmT=0.02,P0=1mwDnc=1.6×106HzDns=6×10-3Hzn2t/Dn2t=1Nl,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)Dns<<DncP0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;Lc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：10-4-10-5Dn=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：10-9n>n0同相n<n0反相n=n02fn>n0同相n<n0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(+)n>n0同相反向压电陶瓷腔长q拉回n0n<n0反相正向压电陶瓷腔长q拉回n0n=n02f0电压压电陶瓷不变n=n0频率复现性差10-7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:1~10Pa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+输出功率P~n1曲线上形成反兰姆凹陷频率稳定性:10-11~10-12频率复现性10-11632.8nm:碘同位素蒸汽；3.39mm:甲烷；1530.3718nm：乙炔F-P标准具稳频P.1624-13,20P.1855-7,10P.2427-2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d’任何频率模均不能振荡均匀加宽习题5-10ABCl1l2gmam<n0,IsGn0,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I1I2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123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’