激光原理第六讲

《激光原理第六讲》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、激光原理-第六讲激光器的工作特性增益系数及增益饱和第三章光与物质的相互作用第五节增益系数及增益饱和3.5.1均匀加宽增益系数一、小信号稳态增益系数（四能级系统为例）II+dIdzDn>0I=Nhnvdz=vdtI=Nhnvdz=vdt不计损耗(1.3.6)*1.增益系数正比于反转粒子数Dn（以四能级系统为例）稳态稳态增益系数讨论影响增益系数的主要因素激光工作物质内N(光强I)很小时－小信号情况受激辐射对Dn的影响可忽略（？）小信号情况下Dn0与光强无关，激发几率W03Dn0稳态时阈值附近n2很

2、小小信号增益系数g0与光强无关，与Dn0成正比；思考：如何理解小信号情况？2.g0与入射光频率关系曲线－增益曲线小信号增益曲线的形状完全取决于谱线线型函数均匀加宽介质小信号增益系数s21(0,0)=21－中心频率处受激辐射截面增益线宽～均匀加宽线宽H二、增益饱和（GainSaturation）－大信号情况频率为n1,光强为In1的入射光作用下（考虑受激辐射过程）1.反转粒子数饱和什么是增益饱和？增益系数随光强的增大而减小的现象增益饱和的物理解释：当腔内光强增强到一定程度稳态=1/Is(1

3、)－反转粒子数饱和中心频率饱和光强代入大信号情况同一入射光频率，不同光强对Dn饱和的影响是不同的小信号情况即忽略了受激辐射的影响概念理解：不同入射光频率(相同光强)对Dn饱和的影响是不同的中心频率处，受激辐射几率最大，饱和作用最深；偏离中心频率越远，饱和作用越弱。时若（发生饱和的入射光频率范围）饱和光强Is的物理意义：受激辐射造成n2的减小可以与其它自发辐射和无辐射跃迁造成的衰减可以相比拟典型气体激光工作物质的饱和光强He-Ne:632.8nm0.3w/mm2CO2:10.6mm～2w/mm2Ar离

4、子:514.5nm7w/mm22.均匀加宽介质的大信号（饱和）增益系数频率为n1,光强为In1的准单色光的增益系数中心频率小信号增益系数大信号增益系数结论:大信号增益系数是小信号增益的一半n1偏离中心频率越远,饱和效应越弱光频在介质对光波的增益作用及饱和效应都很微弱，可忽略不计思考题：大信号增益曲线宽度与小信号增益曲线宽度是否相等？讨论此命题的物理背景:激光器中某一模式频率首先起振,成为强光；别的模式刚起振(弱光),强光模式对刚起振的弱光模式的影响3.在强光In1作用下的弱光n增益系数频率为n1,光

5、强为In1强光,同时有一频率为n的弱光入射求强光对弱光增益系数的影响，即弱光增益系数会如何变化？定性分析定量分析大信号反转粒子数强光不仅使自身增益系数下降,而且使弱光增益系数也以同一比例下降,其结果是整个增益曲线下降（增益线宽是否改变？）复习：注意理解并区分强光增益及强光作用下弱光增益变化强光作用下的弱光增益系数弱光增益曲线3.5.2非均匀加宽工作介质的增益系数及增益饱和非均匀加宽小信号增益曲线为高斯线型一、非均匀加宽大信号增益系数:思路：Dn按表观中心频率分类这部分粒子发射中心频率为线宽为的均

6、匀加宽谱线。这部分粒子对频率n1，光的增益贡献为dg按均匀加宽增益系数计算若非均匀加宽属多普勒加宽表观中心频率小信号增益系数大信号增益系数1的粒子发射中心频率为n0’,线宽为DnH的谱线－＝非均匀加宽介质大信号增益系数大信号情况－增益饱和大信号增益系数非均匀加宽均匀加宽思考：此式物理意义，如何理解在非均匀加宽情况下，饱和效应的强弱与频率无关入射时的大信号增益为小信号增益的以中心频率处两种加宽机制的饱和效应相比，非均匀加宽的饱和效应弱些非均匀加宽大信号情况，增益饱和效应强弱与频率无关12强光(n1,

7、In1)入射,造成表观中心频率的粒子饱和--AA1BB1反转粒子数饱和××二、强光In1作用下,弱光n增益系数－烧孔效应(HoleBurning)12强光(n1,In1)入射,(表观)中心频率在范围内的粒子有饱和作用烧孔深度烧孔宽度烧孔面积增益曲线烧孔效应g0(n)g(n,In1)gdn四能级系统中受激辐射产生的光子数密度等于烧孔面积，故受激辐射功率正比于烧孔面积。三、多普勒加宽气体激光器(驻波腔)的烧孔效应弱光激光放大器气体激光器vz强模弱模增益系数与n0,vz运动原子作用引起vz粒子受激辐射

8、，即对ST作贡献的粒子为与n0,vz运动原子作用引起vz粒子受激辐射，即对ST作贡献的粒子为结论:驻波腔多普勒加宽气体激光器中,频率为n1的振荡模在增益曲线上烧两个孔,这两个孔对称分布在中心频率的两侧光频对STE作贡献的粒子的速度强光弱光vzgDn(vz)正向反向驻波腔中强光对弱光增益系数的影响均匀加宽非均匀加宽大信号增益系数强光作用下弱光增益系数g0(n)g(n,In1)gdn烧孔深度烧孔宽度增益曲线均匀下降3.5.3综合加宽工作物质的增益系数（自学为主）思路:(与