激光器中諧振腔和高斯光束

　　激光器的諧振腔和高斯光束之間存在相互作用。諧振器中的反射鏡或反射表面決定了激光的模式(即高斯光束的形狀和參數(shù))。在激光器設(shè)計(jì)和優(yōu)化過(guò)程中，為了獲得理想的激光輸出，通常需要仔細(xì)調(diào)節(jié)和控制諧振腔和高斯光束。這里簡(jiǎn)單介紹一下激光器中的諧振腔和高斯光束，這是兩個(gè)密切相關(guān)的概念。

　　1. 諧振腔：在激光器中，諧振腔是一個(gè)重要的組成部分。它由兩個(gè)平行的反射鏡或反射面組成，形成一個(gè)封閉的腔體。在諧振腔中，電子從一個(gè)能級(jí)激發(fā)到更高能級(jí)，然后跳回到較低能級(jí)并釋放光子。這些光子在諧振腔內(nèi)來(lái)回反彈，與電子相互作用形成增益。當(dāng)增益超過(guò)吸收、散射等引起的損耗時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生激光。

　　2. 高斯光束：在激光器中，高斯光束是一種特定的激光模式。它描述了光束的橫向電場(chǎng)分布，是所有激光輸出的基本模式。高斯光束的電場(chǎng)分布在截面上呈現(xiàn)高斯分布，即中部最大，向兩側(cè)逐漸減小。高斯光束的參數(shù)包括光束寬度、瑞利距離和Bowtie形狀等。這些參數(shù)對(duì)于激光加工和測(cè)量應(yīng)用非常重要。

　　延伸閱讀：

　　一.在激光器中，諧振腔主要功能包括：

　　1.模式選擇：諧振腔允許特定的光場(chǎng)分布模式在其中來(lái)回反射，并通過(guò)干涉增強(qiáng)這些模式的強(qiáng)度。對(duì)于高斯光束，TEM 00模式是最基本、最低階的橫模。它具有最小的光束直徑和最高的空間相干性。當(dāng)沒(méi)有外部干擾時(shí)，激光器通常優(yōu)先在諧振腔中形成這種模式。

　　2.增益飽和和放大：在激光工作材料內(nèi)部，泵浦源提供的能量使原子或分子達(dá)到激發(fā)態(tài)，當(dāng)這些粒子在諧振腔內(nèi)反向分布下通過(guò)受激發(fā)射過(guò)程釋放能量時(shí)，滿足特定的頻率、方向、模式調(diào)節(jié)的光子在來(lái)回穿過(guò)增益介質(zhì)時(shí)被連續(xù)放大。

　　3.單模或多模操作：設(shè)計(jì)合適的腔長(zhǎng)和鏡面曲率可以控制腔內(nèi)可以穩(wěn)定存在的模式數(shù)量。理想的單模激光器只支持TEM 00模式穩(wěn)定存在，發(fā)射高斯光束;而多模激光器可以同時(shí)支持多個(gè)橫模，每個(gè)模式都是獨(dú)立的高斯光束，但可能有不同的腰帶尺寸和發(fā)散角。

　　4.提高相干性：通過(guò)限制腔內(nèi)激光模式的數(shù)量，可以顯著提高激光的相干性，這對(duì)于許多精密應(yīng)用至關(guān)重要。

　　二.高斯光束是一種理想的光束模型，具有以下特點(diǎn)：

　　1.光斑中心的強(qiáng)度最高。

　　2.隨著距光斑中心距離的增加，光強(qiáng)度呈指數(shù)衰減。

　　3.其傳播特性可以用高斯光束傳輸方程描述，包括束腰位置、束腰寬度、遠(yuǎn)場(chǎng)發(fā)散角等參數(shù)。

創(chuàng)建時(shí)間：2024-03-31 14:17

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