气体激光器自激励产生各高阶厄米的技术性_厄米是谁

时间:2020-01-13 07:18:22 来源:易达学习网 本文已影响 易达学习网

气体激光器自激励产生各高阶厄米的技术性

气体激光器自激励产生各高阶厄米的技术性 引言 在激光器的生产与应用中,常常需要知道激光器的模式 状况,如精密测量、全息技术等工作需要基横模输出的激光 器,而激光器稳频和激光测距等不仅要基横模而且要求单纵 模运行的激光器,强激光加速粒子需要高阶模高斯光束。因 此,进行模式分析是激光器的一项基本又重要的性能测试, 能对激光器的模式进行分析和控制是一项非常重要的工作。

目前为止,很少有人用气体激光器直接激励产生HG光束。

本文系统地介绍了气体激光器直接激励产生的高阶HG光束, 提出了利用HeNe激光器[4]直接激励产生的几种高阶HG光束 光斑。

1厄米-高斯光束理论及产生 在方形孔径共焦腔或方形孔径稳定球面腔中,除了存在 基模高斯光束以外,还可以存在各高阶高斯光束,其横截面 内的场分布可由高斯函数与厄米多项式的乘积来描述。沿z 方向传输的HG光束可以写成如下的一般形式:
国内外研究固体激光器激励产生HG光束的已经有很多 [58],但固体激光器产生的HG光束为非偏振光,偏振方向不 确定[9],偏振片偏振方向不同或倾斜角度不同时得到的光 模式也不同[10]。因此,固体激光器得到的HG光束模式不稳 定。气体激光器相比于固体激光器的优越之处在于它激励产 生的光束为线偏振光,光束比较稳定。在很早之前已经有人用气体激光器调制出了许多高阶HG光束[11],但采用的方法 是在谐振腔中适当位置插入不透明的金属丝,将不需要的光 束用金属丝遮挡,人为破坏基模产生的,非常的不稳定。不 稳定的原因主要有两点:一是金属丝非常细,在强激光照射 下容易融掉;
二是由于金属丝是悬空的,所以当实验环境有 震动时,金属丝位置容易变动,抗震性比较差,得到的光束 不稳定。很少有人用气体激光器不借助外界条件自激励产生 HG光束,本文采用对气体激光器的结构进行微调自激励产生 各高阶HG光束,得到的光束清晰、稳定。

由式(1)可知道激光在稳定谐振腔中的横模和纵模特 征,以下根据这个公式,对各高阶HG模的横向光强分布用 MATLAB进行了近似模拟分析,得到了各高阶光束模式的横向 光强分布图,将这些理论计算结果与实验采集到的结果图进 行对比,检验实验所得结果的精准性。

2氦氖激光器及其输出 本文所使用的激光器为平-凹腔结构的外腔式HeNe激光 器,由光学谐振腔(输出镜与全反镜)、工作物质(密封在 玻璃管里的氦气、氖气)、激励系统(激光电源)构成。二 电极通过毛细管放电激励激光工作物质,在氖原子的一对能 级间造成集居数反转,产生受激辐射。

本实验采用的激光器的激光管、输出镜及全反镜是安装 在调节支架上的,调节支架能调节输出镜与全反镜之间平行 度,光学谐振腔由R=1 m 的凹面全反射镜和与其相距72.5 cm的平行平面输出镜组成。实验装置如图1所示,由激光器、 扩束镜和CCD组成,一般横向模式用眼睛不易看清,所以需 要用透镜对激光光束进行扩束放大,然后再用CCD对扩束后 的光斑进行拍摄采集。

将激光器固定好,点燃激光器,调节输出镜、反射镜和 放电管使激光器出光,待激光器稳定后,微调输出镜与反射 镜的平行度及放电管的直度,使激光器调制出射各种不同高 阶厄米-高斯光束。输出镜、全反射调节采用差动螺丝,粗 调调节范围大,可锁定。细调调节范围小,调节时不易出差 错。

本实验所使用的激光器只是将毛细管加粗,没有加任何 外加条件,结构简单,操作方便,得到的HG光束比较清晰、 稳定,高阶模式也比较多。实验用CCD采集到的各高阶模的 光斑形状图如图2所示,(a)为用 由图2(a)、(b)各模式理论分析图与对应实验结果 图比较可得,实验所得到的结果与厄米-高斯模的数值理论 分析结果非常吻合,由此证明,本实验非常成功地用HeNe激 光器直接调制产生了各种高阶HG光束。

4结论 用外腔式HeNe激光器在不借助金属丝的情况下直接激 励产生了各种高阶HG光束,并且数值分析与实验结果基本一 致,成功得到了线偏振的HG光束,这种方法得到的HG光束相 比于之前固体激光器和在气体激光管中加入金属丝得到的HG光束抗干扰性强、抗震性好,比较稳定。为得到更加稳定 的、性能更好的涡旋光提供了可能,使涡旋光的进一步研究 更加容易,加快了将涡旋光应用于通信、微粒操控等方面的 步伐。

参考文献:
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