自然增宽和碰撞增宽中每一个原子所发的光对谱线内任一频率都有贡献，这种增宽为均匀增宽。其线型分布函数为洛仑兹线型函数。 多普勒增宽中，各种不同速度的原子对中不同频率有贡献。不同原子的作用是不同的，这种增宽叫非均匀增宽。其线型函数为高斯分布函数。
这两种线型函数都是“钟形”曲线，但它们大不相同。
20.637
f(?)?? H0???H??H
1/2 2?ln2?0.939f D(?0)??????D?????D
在中心频率处， 高斯曲线的最大值是洛仑 兹线型最大值的1.47倍。
两种线型函数的比较
? 共轴球面腔的稳定性条件是:
?L??L???0??1??1??R??R???1 1??2??
共轴球面腔结构示意图
1. 2.
常用稳定图来表示共轴球面腔的稳定条件 ，定义： g1?1?LR1及g2?1?LR2
共轴球面谐振腔的稳定性条件可改写为: 0?g1?g2?1 ? 当 0?g1?g2?1 时，共轴球面谐振腔为稳定腔
? 当 g1?g2?0或g1?g2?1 时，共轴球面谐振腔为非稳腔 ? 当 g1?g2?0或g1?g2?1 时，共轴球面谐振腔为临界腔
共轴球面腔的稳定图
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1. 稳定谐振腔的两块反射镜，其曲率半径分别为R1＝40cm，R2＝100cm，求腔长L的取值范围。 答：
0?(1?LLLL)(1?)?1?0?(1?)(1?)?1?0?L?40cm或100?L?140cm R1R240100(a)要制作一个腔长L＝60cm的对称稳定腔，反射镜的曲率半径取值范围如何？(b)稳定腔的一块反射镜的曲率半径R1＝4L，求另一面镜的曲率半径取值范围。 答：
(a) R1?R2?R
0?(1?LL)(1?)?1?R?30cm RR(b)
LL3L 0?(1?)(1?)?1?0??(1?)?1?R2?L或R2??3LR1R24R2
激光单纵模的选取：
非均匀增宽型谱线的多纵模振荡
非均匀增宽激光器的输出一般都具有多个纵模。 两相邻纵模间的频率差 ?νq?c(2?L)，给出两种单纵模（的选取的方法）。 (1) 短腔法：
? 要想得到单一纵模的输出，只要缩短腔长，使?νq的宽度大于增益曲线阈值以上所对应的宽度 ? 。缺点：由于高选频性的标准具总要带来百分之儿的透射损失，因此这种方法 对于低增益的激光器(如He-Ne激光器)是不大合适的，但对于高增益 的激光器(如CO2激光器)则是十分有效的。
(2) 法布里-珀罗标准具法：
如图所示，在外腔激光器的谐振腔内，沿几乎垂直于腔轴方向插入一个法布里－珀罗标准具
? 由于多光束干涉的结果，对于满足下列条件的光具有极高的透射率； ? νm?mc2d????sin?222 式中，c是真空中的光束，?是腔外气体的
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折射率，?是标准具的折射率，d是标准具的厚度。M 是正整数，?是标准具测面法线与谐振腔轴线之间的夹角。
? 能获得最大透射率的两个相邻的频率间隔为
?νm?c2d????sin?222；
法布里-珀罗标准具法示意图
三反射镜法：
? 如图所示，激光器一端的反射镜被三块反射镜的组合所代替，其中M3和M4为全反射镜，M2是具有适当透射率的部分透射部分反射镜。这个组合相当于两个谐振腔的耦合
两个谐振腔的纵模频率间隔分别为：c/2?(L1+L2)和c/2?(L2+L3) 只有同时满足两个谐振条件的光才能形成振荡，故只要选取 L2 +L3足够小，就可以获得单纵模输出。
三反射镜法
调Ｑ的基本原理
通常的激光器谐振腔的损耗是不变的，一旦光泵浦使反转粒子数达到或略超过阈值时，激光器便开始振荡，于是激光上能级的粒子数因受激辐射而减少，致使上能级不能积累很大的反转粒子数，只能被限制在阈值反转数附近。这是普通激光器峰值功率不能提高的原因。 既然激光上能级最大粒子反转数受到激光器阈值的限制，那么，要使上能级积累大量的粒子，可以设法通过改变（增加）激光器的阈值来实现，就是当激光器开始泵浦初期，设法将激光器的振荡阈值调得很高，抑制激光振荡的产生，这样激光上能级的反转粒子数便可积累得很多。当反转粒子数积累到最大时，再突然把阈值调到很低，此时，积累在上能级的大量粒子便雪崩式的跃迁到低能级，于是在极短的时间内将能量释放出来，就获得峰值功率极高的巨脉冲激光输出。
给出两种调Ｑ技术：
电光调Q：利用这一点即可制成电光Q开关。激光器发出的激光通
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过偏振片后成为沿：x方向振动的线振偏光。当其往返通过加有?／4电压的KD*P晶体时，则返回的沿y方向振动的偏振光波被偏振片吸收。此时，腔的Q值很低，由于外界激励能源的作用，可使介质上能级的粒于数迅速增加，当上能级的粒子数积累到足够数量(远超过下能级的粒子数)的某个时刻，突然除去KD*P晶体上所加的电压，则由YAG输出的激光经偏振片后能自由地往返于谐振腔之间，不改变偏振光振动方向。损耗小，因此腔的Q值很高，从而输出一个激光巨脉冲。
声光调Q：将射频电压加在超声发生器上，介质中产生超声场，在介质的另一端用铝作为吸收材料，以防超声反射。当超声发生器产生超声场时，光束按满足布拉格公式的方向偏折，光束偏离谐振腔。此时腔的损耗大，Q值低不能形成激光，而上能级粒子数在外界激励能源的抽运下不断积累实现粒子数反转，当超声场撤去时，光顺利通过均匀的声光介质，此时激光束不发生偏折，腔的Q值高，即发出一个激光巨脉冲。如声光介质以重复频率f产生超声场，则可获重复频率为f的激光脉冲。
染料调Q: 它是在一个固体激光器的腔内插入一个染料盒构成的。 染料盒内装有可饱和染料，这种染料对该激光器发出的光有强烈吸收作用，而且随入射光的增强吸收系数减小。其吸收系数可以由下式表示：
1 ???0I 1?Is
它的调Q作用如下，开始时发射的光强很小，染料强烈吸收。因此Q值低，激光介质上
能级粒子数迅速积累。随着腔内光强增加到某值，染料突然被漂白，Q值突变这时激光器输
出一个强脉冲。由于漂白是暂时性的，所以染料可以重复使用多次。
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