专利名称：脉冲激光器横模分离方法
技术领域：
本发明涉及脉冲全息，特别是一种采用全息照相方法的脉冲激光器横模分离方法。
背景技术：
在激光技术中，电磁场中被光学谐振腔部分或全部地约束在腔内，人们将光学谐振腔内可能存在的电磁场的本征态称为腔的模式，亦即激光器的模式。
电磁场的每一个本征态将具有一定的振荡频率和一定的空间分布。在激光器中，光场场强E＝E(x，y，z)，E沿z轴(光传播的方向)的各种分布是以不同的振荡频率来表征的，称为纵模；E沿x，y平面内的各种分布表现在输出光斑横向的强度分布上，称为横模。如果一个激光器发出的激光只有一个频率，就称这个激光器是单纵模或单频激光器。否则，就称为多纵模激光器。如果输出的光斑只有一个对称分布的亮斑，就称为单横模，输出的光斑由两个以上的小亮斑组成，亮斑之间有明显的暗区隔开，就称为多横模。
在谐振腔中，电磁场可以看成横波场，腔中的模式可用符号TEMmnq表示，其中TEM代表横向电磁波(Transverse electromagnetic wave)，脚标mnq表征该模式在三维空间分布特征，其中q为纵模序数。TEM00q表示单横模，或称为基横模，其它所有的横模称为高阶横模。
激光模式决定于激光器所采取的谐振腔的形式，不同类型的谐振腔，其模式也各不相同。一旦给定了谐振腔的具体结构，则其中振荡模的特征也就随之确定下来。所谓振荡模的特征，除了上面所指的振荡频率和空间分布外，还包括模在腔内往返一次经受的功率损耗以及光束发散角等等。
迄今大部分激光器主要采用开式谐振腔，即由在激活物质的两端放置两个反射镜组成的平行平面腔或共轴球面腔，这包括稳定和非稳腔。也有采用波导激光谐振腔的，其典型结构是在一段空心介质波导管或固体介质波导两端适当位置处，放置两块适当曲率的反射镜。这样，波导管内，场服从波导管内的传输规律，而在波导管与腔镜之间的空间中，场按与开腔中类似的规律传播。
也有不利用谐振腔的激光器，如N2分子激光器等等，这是由于工作物质的增益系数很高，它本身对自发辐射的行波进行了放大，这种辐射介于激光和荧光之间，称之为放大自发辐射效应，这是比较个别的情形。从目前来看，利用谐振腔来获得激光振荡是普遍的情形。如果从控制光束特性来看，谐振腔则更是不可取代的。
在实际应用中，常需对激光的输出模式进行控制。例如在激光准直、激光加工应用中，需要基横模光束，而在精密干涉计量、全息照相等应用中，不仅要求激光是单横模的。而且要求激光束仅含有一个纵模，即单纵模。通常激光器的输出不能满足上述要求，所以要对激光模式进行选择。选模技术可分为两大类一类是横模选择技术，它能从振荡模式中选出基横模TEM00，并抑制其它高阶模振荡。基横模能量集中在腔轴附近，光束发散角小，从而改善方向性；另一类是纵模选择技术，它能限制多纵模中的振荡频率数目，选出单纵模振荡，从而改善激光的单色性。
而关键问题是，如何准确判断激光器输出光束中所包含的横模个数，这是一个长期以来没有解决的技术难题。
发明内容
为了克服上述在先技术中的不足，本发明提出一种脉冲激光器横模的分离方法。它可以准确地判断出脉冲激光器输出光束中所包含的横模个数本发明的核心就是采用全息照相的方法来准确地判断出脉冲激光器输出光束中所包含的横模个数。全息图是一种双光束干涉图形，它是以干涉条纹的形式记录下物体或源本身的振幅和位相信息，然后通过衍射方法，重构物体或源本身。全息图有许多优良的特性，如能以二维平面记录三维的信息，全息图上每一点都包含有物体的全部信息，全息图上可以多重记录，即在一张干板上记录多个全息图。另外一点必须值得指出的是，激光器的不同模式之间是互不相干的，全息图上记录的是同一模式自相干的干涉图形，因此采用全息法分离激光器模式的方法如下1.将含有多个横模的待测激光器用分束器分成两束光，然后让它们相互干涉，记录全息图，由于激光器含有多个横模，例如5个横模，上面已经指出不同横模之间互不相干，它们只能自身干涉，因此，我们一次就记录了5张全息图。
2.将记录的全息图用细光束He-Ne激光进行扫描重构，因为在这张全息图上总有一个地方只由一个模式所记录的全息图，那么在这里就可以重构出它们的模式，如此反复重构，就可以分离出不同模式，通常可分离2～10个不同模式，这种分离方式适合于各种激光器。
本发明的技术效果如下全息图可以多重记录，即在一张干板上记录多个全息图。激光器的不同模式之间是互不相干的，全息图上记录的是同一模式自相干的干涉图形，用细光束He-Ne激光进行扫描重构，因为在这张全息图上总有一个地方只由一个模式所记录的全息图，那么在这里就可以重构出它们的模式，分离出不同模.
图1是记录全息图的装置
具体实施例方式1.将含有多个横模的待测激光器用分束器分成两束光，然后让它们相互干涉，记录全息图，记录全息图的装置，从结构来说，可有多种形式，本发明实施例采用的记录全息图的装置如图1所示，它由7部分组成含有多个横模激光器1，如Nd:YAG二倍频激光、气体激光器等，扩束望远镜2，分束器3，全反射镜4，5，6和记录全息图的干板7。待测激光器发出的激光束经扩束望远镜2扩束准直，分束器3将激光束分成两束，经全反射镜4，5，6之后，同步地照射干板7，形成全息图。
由于激光器含有多个横模，例如5个横模，上面已经指出不同横模之间互不相干，它们只能自身干涉，因此，我们一次就记录了5张全息图。
2.将记录的全息图用细光束He-Ne激光进行扫描重构，因为在这张全息图上总有一个地方只由一个模式所记录的全息图，那么在这里就可以重构出它们的模式，如此反复重构，就可以分离出不同模式，通常可分离2～10个不同模式，这种分离方式适合于各种激光器。
权利要求
1.一种脉冲激光器横模分离方法，其特征在于该方法包括下列步骤①将含有多个横模的待测激光器用分束器分成两束光，然后让它们相互干涉，记录全息图；②将记录的全息图用细光束He-Ne激光进行扫描重构，如此反复重构，就可以分离出激光器的不同模式。
全文摘要
一种脉冲激光器横模分离方法，该方法包括下列步骤①将含有多个横模的待测激光器用分束器分成两束光，然后让它们相互干涉，记录全息图；②将记录的全息图用细光束He－Ne激光进行扫描重构，如此反复重构，就可以准确地分离出激光器的激光模式。
文档编号G02F1/35GK1588710SQ200410066388
公开日2005年3月2日 申请日期2004年9月15日 优先权日2004年9月15日
发明者陈建文, 高鸿奕, 朱化凤, 李儒新, 徐至展 申请人:中国科学院上海光学精密机械研究所