《激光放大特性》PPT课件

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1、第六章激光放大特性一、引言1、实际应用的需要①激光核聚变需要上万焦耳的激光能量②观察非线性光学需要功率强的激光2、一般激光振荡器的缺陷①激光大能量大功率的获得要求工作物质的口径和长度较大，或要求强的泵浦激励，易与相干性好、发散角小等其它指标的高要求相矛盾。②能量和功率过高的激光在腔内来回往返传输时，工作物质易遭到破坏。3、实现高功率高能量的方法——激光放大器①典型固体激光放大器示意图Laserrod激光振荡器泵浦灯储能器触发器Laserrod泵浦灯储能器触发器延时器②激光放大器的特点a、多数不需要谐振腔镜，为行波放大器。特例：再生放大器。b、因一次性通过工作物质，故不易破坏工作物质。c、振荡级

2、和放大级有机结合可使高的光束质量和高的能量功率兼得。d、振荡级和放大级的匹配需要时间延迟电路。e、激光放大器中存在放大的自发辐射(ASE)，其功率大，线宽窄于自发辐射，具有一定的方向性，也可利用，但在激光放大器中为噪声。第一节激光放大器的分类一、按时间特性分类(入射信号脉宽t0及工作物质弛豫时间T)1、分类根据：被放大信号脉宽t0与工作物质弛豫时间T的相对大小关系。2、弛豫时间及分类①弛豫时间：某种状态的建立或消亡过程。②纵向弛豫时间T1：反转粒子数的增长与衰减所需时间。理由：粒子在非基态能级上有有限寿命。10-3~10-4s(固体)10-6~10-9s(气体)~10-9s(半导体)③横向弛豫

3、时间T2：宏观感应电极化的产生和消亡不是瞬时的。极化强度P(z,t)较E(z,t)落后的时间T2即是横向弛豫时间。理由：一方面,在电磁场作用下,工作物质原子产生的感应电矩和电磁场同相。另一方面，由于碰撞以及晶格振动会使感应电矩的相位无规变化，导致宏观感应电极化消失，此为消相过程。10-11~10-12s(固体)10-8~10-9s(气体)10-13s(半导体)3、激光放大器的分类连续激光放大器脉冲激光放大器超短脉冲激光放大器4、连续激光放大器(1)条件：当激光放大器的输入信号是连续或非调Q激光脉冲时，有t0>T1。(2)特点：由于光信号与工作物质作用时间足够长，因受激辐射而消耗的反转集居数来得

4、及由泵浦抽运所补充。故反转集居数及腔内光子数密度均可到达稳态。可用稳态法处理。5、脉冲激光放大器(1)条件：当T2<

5、，需用半经典理论处理。二、按工作方式分类:行波放大器及再生放大器(F-P放大器)1、行波放大器g>0工作物质两端面无反射的放大器。要求：只要求入射光频率在增益介质谱线范围内。增益：8、若输入光信号为高重复率脉冲序列，且脉冲周期T<0增益：用多光束干涉处理设工作物质单程传输的增益为:经过复杂的推算后得:为入射光频率二反射面组成的谐振腔的谐振频率(1)当时:－最大增益

6、(2)当时:讨论：①可见，仅当入射光频率在谐振腔本征频率附近时，才能得到有效放大。②l、Gs、r越大，得到有效放大所允许的频率范围越窄。③当r1=r2=0时，(行波放大器)，则G=Gs。(3)再生放大器的优缺点优点:可获得较高的增益。缺点:频率匹配技术复杂。第二节均匀激励连续激光放大器的增益特性激励方式:横向激励，Δn，g0，Is均为与传输距离z无关的常数(固体或半导体光放大器)；纵向激励，Δn，g0，Is与传输距离有z关(光纤放大器)。一、输入信号强度对放大器增益的影响I0(t)I1(t)聚光器泵浦灯激光工作物质泵浦光信号光I0(t)I1(t)掺铒光纤1、假设条件:均匀加宽、平均损耗系数α、

7、信号光频率。2、工作物质的净增益系数由4.4.15式再考虑损耗后得到：3、小信号增益——前置放大器若入射光信号非常微弱，工作物质短，且：小信号增益:——可用作前置放大器4、大信号增益(饱和状态)——功率放大器入射光较强，工作物质长，且：目标：求及(显式或隐式)(1)归一化输出光强(6.2.3式)(2)增益(6.2.4)可见，已知、、、、值，则可由式(6．2．3)或(6．2．4)求出输出光强及放大