短共振腔染料雷射之產生和量測及其波形與頻譜特性之研究

Abstract

短脈衝雷射具有高瞬時功率及短時間尺度的特性，因此可以用來探究物質的非線性效 應與超快速現象．本論文將以〞短共振腔（short cavity）〞原理來產生短脈衝染料 雷射．一般的電子元件，由於其頻寬的限制．無法測量超短脈衝雷射，因此，我們發 展了間接的光學量測法〞二次諧振自相干法（SHG autocorrelation ）來測量雷射脈 衝的寬度． 首先，我們對〞短共振腔〞原理和〞二次諧振自相干法〞以及單脈衝式脈寬量測原理 作了理論上的分析．實驗中使用的偵測器也加以校正．接著描述實驗裝置．然後對實 驗數據加以討論． 我們利用八百微微秒的氮氣雷射來激發一個串級式短共振腔染料雷射，並使用一個自 製的自相干儀來量測，獲得十七微微秒之雷射脈衝輸出，其壓縮比約為四十左右．腔 染料雷射的頻譜則用光譜儀來測量，頻譜寬度約為一百二十個波數．我們所量測到的 染料雷射脈衝，在時間與頻譜上的函數是互為傅立葉變換，因而時間與頻譜上的數據 互補．此串級式短共振腔染料雷射在時間與頻譜上的特性均被仔細研究；短共振腔染 料雷射之波形與頻譜的特性可分別由〞自發性部份鎖模（partial self mode lockin -g）〞及〞平行板多光束干涉效應（etalon effect ）〞兩種數學模型來描述，並且 用電腦作數值模擬得到極佳之配合． 由實驗結果，我們歸納出幾點值得再加以探討的地方（１）短共振腔染料雷射並不存 在鎖模的機制，為何會有鎖模的現象？（２）為何只是部份鎖模？（３）光譜線為何 會平移？我們認為後續的研究將極有價值．