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HeNe激光器的纵模牵引

发布时间:2022-03-10 10:35:43 浏览量:1676 作者:Zen

摘要

介绍了纵模牵引的概念,和它在二阶差频上的表现。给出了观测氦氖激光器的二阶差频的条件和方法。

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HeNe激光器的纵模牵引

简单理论表明激光在腔谐振频率c/2L的倍数上振荡,但实际上在大多数情况下并非如此。不完全位于增益曲线中心的纵模将在频率上略微偏离这些频率,并被拉向增益曲线的中心,距离越远偏移越大。示意如图,两个纵模向增益峰值频率v0偏移,这个效应被称为纵模牵引。简单来说,谐振腔的带宽会对模式牵引造成影响,它主要取决于镜子的反射率和腔长度。因此,如果由于腔谐振变化导致增益曲线变化而使净增益稍微偏向一侧,则激光波长将沿该方向移动。



当激光束照射像电二极管等高速光电探测器时,除了直流功率项外,还有接近c/2L倍数的基差频,以及二阶差频,与c/2L相比,二阶差频的频率相对较低。随着腔长度的变化和激光模式在增益曲线上的漂移,每一种模式的牵引效应都会略有不同。但是,大数之间的微小差异会导致这些二阶项的剧烈变化,不断有模式从增益曲线的一端下降并出现在另一端。二阶差频的幅度远低于基频的幅度,但仍可使用频谱分析仪检测到。


要出现这些二阶差频,激光器必须能够同时在至少3个纵模上振荡。(只有2种模式时,将只有一个差频,无法产生二阶差频。)氦氖激光器多普勒展宽增益曲线在632.8 nm处的半高全宽(FWHM)约为1.5 GHz。要获得3种模式,需要模式之间的间隔小于约500 MHz,这意味着c/2L管长度至少要达到30 cm,典型的是5 mW 的HeNe激光器。同时它应该检偏使所有纵模具有相同的偏振方向。对于相邻模式产生交替偏振的随机偏振激光器,需要更长的管长度以保证足够的相同偏振模式或者添加与光束偏振成45度的检偏器获得同向偏振模式。


查看模式牵引的更精确方法是使用射频频谱分析仪监控高速光电二极管产生的差频。通过扩展c/2L附近的区域,模式扫描期间的变化将非常明显。将有平滑的运动以及与模式跳跃相对应的突然变化。对于每个激光器的两种模式,如果将45度检偏器放置在每个激光器的前面,然后放置一个非偏振分束器,那么就能观测到6个二阶差频。


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