激光产生的充分条

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1、1.3激光产生的充分条件一、饱和光强定义所以,只要G>0,I就会,那么是否就会产生激光呢?分析一方面,介质长度有限;另一方面,I的代价是ΔNul因此，I增加到一定值时，就不再增长了，这时的光强就为饱和光强Is。饱和发生的介质长度就叫做饱和长度Ls。二、饱和光强Is的计算一个通过泵浦实现了粒子数反转的二能级系统，当光在此增益介质传播时，上能级粒子数变化率达到稳态时小信号情况时，随着I,Nu饱和光强Nu减小至小信号值的1/2时的光强。式中叫做受激辐射截面三、产生激光的充分条件如果在增益介质的有效长度内，光强可以从微小信号增长到饱和光强，那么对产生激光来说就是充分的。说明1.Is有一定的任意性。2

2、.达到Is后，Is仍在增长，但增长速度大为衰减。例：如图，请估算满足充分条件的工作物质长度LlAda面积设介质已实现足够大的粒子数反转LlAda如图，在l区域内，单位时间由自发辐射产生的总辐射能为到达介质另端的能量与总能量之比为到达介质另端的能量为令即：关于L的超越方程讨论1.已知L和da时,就可求出满足充分条件的G.2.通过对已知G的比较,就可判断是否满足充分条件.3.已知L和G时,就可求出满足充分条件da的.4.可判断已知的da是否满足充分条件.5.已知G和da时,则只有用作图法才能求解L或判断L.例题1已知：G=100m-1，L=0.08m求：满足充分条件的da解：例题2已知：Nd:Y

3、AG激光材料增益系数G=10m-1，材料长度L=0.5m，da=0.1m求：小信号单次通过该介质光强可否达到饱和？解：不能达到饱和1.4谱线加宽一、概述1.谱线宽度上能级宽度:下能级宽度:EuMEu0EumElMEl0Elm中心频:上边频:下边频:谱线宽度:2.线型函数定义:设辐射光强I中频率处于ν～ν+dν的部分为I(ν)dν,则线型函数定义为线型函数满足归一化条件3.种类谱线加宽非均匀加宽均匀加宽综合加宽二、均匀加宽1.定义引起加宽的物理因素对每个原子都是相同的,这种加宽就是均匀加宽.2.种类碰撞加宽、自然加宽、晶格振动加宽3.线型函数谱线宽度4.自然加宽由测不准关系确定的加宽就是自然加

4、宽.线型函数5.碰撞加宽τ1加宽、τ2加宽6.总的均匀加宽三、非均匀加宽1.定义原子系统中不同原子或原子群对谱线的不同部分有贡献,这类加宽就是非均匀加宽.2.种类多普勒加宽、非晶态加宽3.多普勒加宽多普勒效应多普勒加宽线型函数式中原子量4.多普勒加宽和自然加宽的关系1.5谱线加宽下的增益系数对于均匀增宽介质：由线型函数定义可以认为线型函数是跃迁几率按频率的分布函数。对于多普勒加宽介质：当时，即在中心频率处获得最大值1.6激光器的速率方程一、速率方程的建立1.实现上下能级之间粒子数反转产生激光的物理过程：三能级和四能级系统，为简化问题，以二能级系统为例。以Ａl代表能级l的驰豫衰减WuWlAul

5、Bul(ν)I/cBlu(ν)I/cEuEl二、速率方程的稳态解稳态时小信号时（1）（2）（3）（4）（1）+（2）得可见，下能级粒子数密度不随光强而改变！由（1）得设由饱和光强定义三、反转粒子数及增益饱和1.反转粒子数密度显然，I=Is时，2.增益系数将代入小信号增益系数可见，I=Is时，饱和条件下的增益系数为小信号时的一半3.增益系数G(ν)、中心频率处增益系数G(ν0)、小信号增益系数G0(ν)及小信号中心频率处增益系数G0(ν0)的关系均匀加宽多普勒加宽作业1.(1)一质地均匀的材料对光的吸收为0.01mm-1、光通过10cm长的该材料后，出射光强为入射光强的百分之几？（2）一光束通

6、过长度为1m的均匀激活工作物质，如果出射光强为入射光强的2倍，求该物质的增益系数。2.设氖原子静止时发出0.6328μm红光的中心频率为4.74×1014Hz,室温下氖原子的平均速率设为560m/s。求此时接收器接收频率与中心频率相差多少？