激光原理及应用4-5

• 二、光线变换矩阵
图4.3.2 傍轴光线在自由空间传播
图4.3.3 任意光学系统的光线变换矩阵
图4.3.4 薄透镜的光线变换矩阵
• 1.焦距为f的薄透镜
• 2.半径为R的球面反射镜
图4.3.5 球面反射镜的光线变换矩阵
• 4.3.2 谐振腔的稳定性 • 一、谐振腔的稳定性条件
图4.3.6 谐振腔的 光线变换矩阵
• 一、普通谐振腔的自再现模积分方程
• 二、对称谐振腔的自再现模积分方程
• 4.4.3 积分方程的物理意义 • 一、方程解的物理意义
• 二、系数γ的物理意义
• 4.5 平行平面腔的自再现模 • 4.5.1 平行平面腔自再现模积分方程
图4.5.1 平行平面腔
• 4.5.2 平行平面腔模的数值迭代解法 • 一、福克斯—厉（Fox-Li）数值迭代法 • 二、并行平面腔的数值迭代分析
图5.2.1 高斯光束的 薄透镜变换
• • • •
5.3 高斯光束的特性改善 5.3.1 高斯光束的聚焦 一、光斑大小 1.透镜焦f确定w′0随l变化的情况
图5.3.1 高斯光束聚焦w′0和l的关系
• (1)l<f 时， w′0 随 l 的增大而单调增大，当 l=0 时，w′0取极小值
• (2)l=f，w′0得到极大值
图5.3.2 激光打孔深度 和焦深的关系
• 二、焦深和焦斑位置
• 5.3.2 高斯光束的准直 • 一、单透镜对高斯光束的准直
• 二、望远系统对高斯光束的准直
图5.3.3 利用望远系统 准直高斯光束
图5.3.4 反高斯分布 滤光装置
• 5.3.3 高斯光束强度的均匀化和模匹配 • 一、强度均匀化
图5.1.1 基模高斯光束及其参数
• 二、模体积
• 三、等相位面分布 • 四、相移
• 五、远场发散角
• 5.1.2 高阶模高斯光束 • 一、厄米—高斯光束
• 二、拉盖尔—高斯光束
• 5.2 高斯光束的传输 • 5.2.1 高斯光束的复参数传播的ABCD定律
• 5.2.2 高斯光束的薄透镜变换
• 二、稳区图 • 4.4 光学谐振腔的衍射积分理论 • 4.4.1 惠更斯——菲涅耳原理和基尔霍夫衍 射积分
图4.3.7 光学谐振腔 的稳区图
图4.4.1 惠更斯——菲涅尔 原理示意图
图4.4.2 衍射理论研究谐 振腔示意图
• 4.4.2 谐振腔自再现模积分方程
图4 条形平面腔模迭代计算结果
• 1.振幅分布 • 2.相位分布 • 3.单程相移和损耗
• 4.谐振频率
• 4.6 对称共焦腔的自再现模
• 4.6.1 方形球面共焦腔模式积分方程及其解
图4.6.1 对称共焦腔
• 4.6.2 方形球面共焦腔自再现模的特征 • 一、镜面上场的振幅分布 • 1.基模（TEM00）
• 2.高阶横模
图4.6.2 基模振幅分布图
图4.6.4 方形球面共焦腔高阶横模强度花样 (数字下标表示模阶次)
• 二、镜面上的相位分布 • 三、单程损耗
• 四、单程相移和谐振频率
图4.6.5 方形球面共焦腔 的单程损耗 (图中数字 表示模阶次)
• 4.6.3 方形球面共焦腔的行波场
• 4.6.4 圆形球面共焦腔
图4.6.6 圆形球面共焦腔高阶横模强度花样 (数字下标表示模阶次)
• 4.6.5 等价共焦腔 • 一、“等价”的含义
图4.6.7 共焦腔行波场 等相位面的分布
图4.6.8 稳定球面腔 及其等价共焦腔
• 二、等价共焦腔
第5章 高斯光束
• 5.1 高斯光束的基本特点 • 5.1.1 基模高斯光束 • 一、振幅分布
• 一、纵模 • 1.驻波条件
图4.2.3 腔内驻波
• 2.纵模
图4.2.4 平行平面腔的纵模
• 二、横模 • 1.横模 • 2.横模产生的原因
图4.2.5 谐振腔内横模强度分布
• 4.2.3 光学谐振腔的损耗 • 一、损耗
图4.2.6 激光横模形成的定性解释
• 1.几何损耗 • 2.衍射损耗
• 3.输出腔镜的透射损耗 • 4. 非激活吸收、散射等 其他损耗
图4.2.7 平均单程损耗的定义
• 二、光子寿命
• 4.2.4 无源腔品质因素(Q值)
• 4.2.5 无源腔的单模线宽
• 4.3 光学谐振腔的矩阵光学理论 • 4.3.1 传播矩阵及其ABCD定律 • 一、光线的矩阵描述
图4.3.1 傍轴光线的两个参数
• 二、高斯模的匹配
图5.3.5 高斯模匹配原理
• (3)l>f时，w′0随l的增大而单调减小，l→∞时 w′0→0 ， l′→f 。此时，物距 l 越大、焦距 f 越 小，聚焦效果越好，这也是高斯光束聚焦 中实际使用的情况。 • 2.物距l确定，w′0随透镜焦f变化的情况 • (1)当 时,w′0取极大值
• (2)当f<R(l)时，w′0取随f减小单调减小，当 时有w′0=w0，可见仅当 时透镜才对高斯光束有聚焦作用，且焦距 越小，聚焦效果越好。 • (3) 当 f>R(l) 时， w′0 取随焦距 f 增加单调减小， 最终 f→∞ 时，得到 w′0→w0 ，这种情况下， 没有聚焦作用。
第4章 光学谐振腔理论
• 4.1 光学谐振腔的研究方法 • 1.几何光学分析方法 • 2.矩阵光学分析方法 • 3.波动光学分析方法 • 4.2 光学谐振腔的基本 图4.2.1 最简单的光学谐振腔结构 知识 • 4.2.1 光学谐振腔的构成和分类 • 4.2.2 光学谐振腔的模式
图4.2.2 均匀平面波在平行平面腔中的传播