部分IV激光器的工作特性

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1、激光的基本原理及特性第二部分激光器的工作特性四、激光器的基本工作特性（一）、连续激光器的稳态工作特性1、几个基本概念（1）、光谱线加宽自发辐射光谱不是单一的，而是分布在中心频率:附近一个很小的频率范围内。（2）、均匀加宽＝0E－Eh21I()nn0自然加宽N碰撞加宽C晶格震动加宽均匀加宽－引起加宽的物理因素对每个原子都等同,每个发光原子都按整个线型发光激光的基本原理及特性（3）、非均匀加宽多普勒加宽晶格缺陷加宽均匀加宽非均匀加宽谱线加宽He-NeCO21010-3–10-2N(MHz)C(MHz)DD(MHz)100-3001

2、50060P(充气压力)大C大非均匀加宽：每一个发光粒子所发的光只对谱线内的某些确定的频率才有贡献。在非均匀加宽中，各种不同的粒子对g(n)中的不同频率有贡献。第二部分激光器的工作特性激光的基本原理及特性（4）、增益系数zz+dzI(z)I(z+dz)I0zzIzz+dzII+dII=I0eGZ0光的增益系数G：光通过单位长度的激活物质后光强增加的百分数，其单位为：[厘米]－1增益曲线g(n)－增益系数g(n,I)相对于频率的分布问题的提出：外来光不是单一频率，有一定的频率分布nn0g(n)增益宽度Dn－最大增益的一半处所对应的频率宽度公式定义：第

3、二部分激光器的工作特性激光的基本原理及特性损耗系数a－负增益系数定义公式g&a并存的介质中，光强的变化dz薄层若第二部分激光器的工作特性激光的基本原理及特性小信号增益系数，常数，与I无关大信号增益系数，g(I)

4、产生激光（形成激光振荡）必须使光在谐振腔内往返一周获得的增益大于或等于损耗。形成激光振荡的条件：G0（）≥G0（）是介质对频率为的光的小信号增益，为损耗系数（单位长度光强的损耗率）。阈值增益系数：G0（）＝时的增益系数，记作：Gth形成激光振荡的条件：G0（）≥Gth光在激光器内的损耗激光工作物质内部的损耗谐振腔的损耗衍射损耗腔镜膜层对光有散射、吸收损耗透过损耗第二部分激光器的工作特性激光的基本原理及特性2、稳态工作的建立激光器在外界激励下，如果腔内的某一个频率为q的模满足阈值条件，这个模能够起振。开始时，这个模的小信号增益系数大于阈值增益

5、Gth，因而光强I会随着在腔内传播而不断增大。由于饱和效应，增益系数随光强的增大而不断下降。但只要G（q）仍然大于Gth，光强增大使增益系数下降的过程将继续下去，直到G（q）＝Gth时，腔内的光强不再增高而趋于稳定。因此，一旦激光器中稳定状态建立，增益系数必然等于阈值。第二部分激光器的工作特性激光的基本原理及特性（二）、均匀加宽连续激光器的输出特性1、均匀加宽介质的单纵模振荡第二部分激光器的工作特性2.空间烧孔引起的多模振荡轴向空间烧孔效应(设横向分布均匀，仅考虑Z向分布)腔内驻波场分布增益空间分布g(z)增益的空间烧孔空间烧孔引起多模振荡的物理原

6、因由于空间烧孔效应,不同纵模可使用腔内不同部位的高能级粒子空间烧孔的形成条件:驻波腔烧孔间距在波长量级粒子空间转移速度较慢激光的基本原理及特性第二部分激光器的工作特性激光的基本原理及特性（三）、非均匀加宽连续激光器的输出特性1、非均匀加宽连续激光器的多纵模振荡外激励G0满足阈值条件的纵模振荡模式数第二部分激光器的工作特性2、兰姆凹陷:单模输出功率P与频率的关系P烧孔面积(表征对激光有贡献的反转粒子数)烧孔重叠条件兰姆凹陷宽度(dn)烧孔宽度兰姆凹陷宽度(dn)~DnL气压碰撞加宽DnL烧孔宽度dn,深度变浅激光的基本

7、原理及特性第二部分激光器的工作特性激光的基本原理及特性横向空间烧孔的形成原因横模粒子数的空间分布不均匀,横向烧孔尺度较大，(mm量级)粒子的迁移不能消除这种不均匀性当激励作用足够强时,不同横模可以分别使用不同空间的激活粒子而形成多横模振荡气体:无规热运动,空间转移迅速难以形成空间烧孔固体:如Cr离子束缚在晶格结构上转移l/4需10-4S半导体:10-7S第二部分激光器的工作特性激光的基本原理及特性非均匀加宽激光器中模竞争的表现纵模频率n1,,n2对称分布在中心频率n0两侧，消耗相同速度Vz的反转粒子数相邻纵模的烧孔重叠第二部分激光器的工作特性激光的基

8、本原理及特性第二部分激光器的输出功率五、激光器的输出