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HeNe激光器的相干长度

发布时间:2022-01-19 11:05:44 浏览量:3336 作者:Zen

摘要

介绍了氦氖激光器的相干长度与相干周期,并介绍了用迈克尔逊干涉仪来观测相干周期的办法。

正文


HeNe激光器的相干长度

常见的氦氖激光器相干长度约为10至30厘米。通过在腔内添加一个标准具来抑制除一种纵向模式之外的所有模式,100米的相干长度是可能的。当然,这种氦氖激光器要贵得多,而且更有可能在光学研究实验室中找到而不是大规模生产的应用。然而,稍微不那么奇特和昂贵的稳定HeNe激光器很容易获得,它们在两个正交纵向模式上振荡并锁定,因此它们处于固定位置。当一种模式被偏振器阻挡时,产生的光束是(几乎)单频的,具有数百米的相干长度,这需要花费大量精力和费用才可测量。


对于相干性受多纵模而非噪声限制的激光器,相干长度可能可以更准确地称为“相干周期”,因为高对比度区域将在相干长度的倍数处重复出现,尽管由于噪音和距离增加了一些退化。 因此,虽然法布里-珀罗(线性腔)激光器(如HeNe)的相干长度通常被认为是管长度,但可用的相干长度要短得多。


 

在HeNe激光器中,通常只有几个(但不止一个)纵模。这些腔模必须满足驻波标准,该标准规定反射镜之间必须是整数个半波长。在频域中,这意味着两种模式之间的“距离”是∆nu = c/(2L),其中L是激光器的长度。


模式之间的拍频引起时间相干性的周期性变化,周期为2L/c,即在光程差为n*2L(n为整数)的两个光束之间获得完全相干性。


如果您只有一个频率,则相干长度是无限的(即忽略此模式的频谱宽度,否则会限制相干长度)。如果您有两种模式,相干性会和谐变化(如正弦曲线)。激光器中的模式越多,具有良好相干性的区域就越短,但周期仍然相同。


您可以通过设置迈克尔逊干涉来尝试这一点,并从相等的臂长开始,此时相干性很好。然后增加一只手臂的长度,直到条纹完全不可见。这应该发生在略小于2L的光程差(光程差是臂长差的两倍)。如果激光只有两种模式,则条纹的零可见度应该恰好发生在2L处。现在继续增加光程差,直到达到4L(臂长差为2L)。由于光束之间恢复相干性,您应该再次清楚地看到条纹。


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