激光原理(12)(第7章模式控制与稳频).pdf

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1、Review§6.3激光器的振荡模式1、均匀加宽激光器中的模式竞争2、空间烧孔引起多模振荡3、非均匀加宽激光器中的多纵模振荡4、非均匀加宽激光器中的模式竞争2014/5/71Review0g()ν∆ν——振荡带宽：T激光器小信号增益系数中大于阈值增益系数的那部∆ν分曲线所对应的频率范围gTt∆νqν起振模式数：∆νT∆=q+12014/5/7∆ν2q起始：gg()ν>1、均匀加宽激光器中的模式竞争qt−1gg()ν>qtgg00gg()ν>gg()()ννqt+1增益曲线下降到曲线1：1gg()ν=qt+123ggg()()νν、>ggq

2、−1qttt增益曲线下降到曲线2：gg()ν=qt−1gg()ν>qt增益曲线下降到曲线3：2014/5/7νννννννννgg()ν=3νqqq−−−11100qqqqq+++111ννqt2、空间烧孔引起多模振荡I空间烧孔效应：波腹处光强大，νqL用去的反转粒子数多，增益系数下降的也大；波节处光强小，用z去的反转粒子数少，增益系数下降的也少∆n若νq′的波腹与νq的波节重合，则νq′模式可能得到较高的增益z系数而形成振荡。Iνq′纵模的空间竞争：由于轴线方向的空间烧孔效应，不同纵模使用z空间不同部分的反转粒子数而同时产生振荡的现象2014/5/74

3、—增益的轴向(或纵向)空间烧孔效应横向空间烧孔横模在横截面内的光强分布不均匀导致横向的增益分布不均匀而形成。I横模的空间竞争00横向烧孔尺度较大(mm量级)，粒∆n子的迁移不能消除这种不均匀性。TEM所以，当激励作用足够强时,不同00横模可以分别使用不同横向空间x的激活粒子而形成多横模振荡。I∆n10TEM10x非均匀加宽激光器中的多纵模振荡1.非均匀加宽激光器的各纵模之间没有模式竞争，所有小信号增益系数大于阈值增益系数的纵模都能形成稳定振荡2.非均匀加宽激光器通常都是多纵模振荡gI(,)νiνgtIνννν激发增强3.外界的激发越强，小信号增益曲线就越

4、高，满足振荡条件的纵模个数也越多2014/5/76思考：非均匀加宽激光器的模竞争现象如何？0g（2）烧孔重叠，纵模存在竞争（频率间隔很小）gThresholdtνννν2014/5/7q−10q+1q+27§6.4连续激光器的输出功率与能量均匀加宽单模激光器非均匀加宽单模激光器2014/5/78均匀加宽单模激光器均匀加宽工作物质的增益系数g0()νδHqgI(,)ν==HqνqIlν1+qI()νsq腔内平均光强：0T+αglHq()νδ=IIν=sq()ν−12qδ激光器的输出功率：011gl()ν+HqP=ATI=ATI=ATI(

5、)ν−1νqsq22δ2014/5/79A——激光束的有效截面面积均匀加宽单模激光器提高激光器的输出功率的方法：01.加大外界泵浦激励作用，从而增大gH()ν；2.减小谐振腔的往返净损耗a；3.加大激光工作物质的长度l和面积A。012()glνHqP=ATI()ν−1sq2α+T输出镜的最佳透射率：dP0=⇒0Tgl=2()ναα−mHq2014/5/7dT10均匀加宽单模激光器最大输出功率：120P=AI()2()νgναl−msqHq22014/5/7116.4.2非均匀加宽单模激光器的输出功率（1）νν≠时，输出

6、功率为：q0不在中心频率处的光束，在正负两个方向上形成两个烧孔，分别起饱和作用，振荡模式的增益系数为：22()νν−q0−4ln2gl∆ν2P=ATI=ATImeD−1+sδ2014/5/712非均匀加宽单纵模激光器（2）νν=时：q0IIII=+≈2ν+−+0两个方向的光束同时在增益曲线中心处烧一个孔，烧孔大小取决于腔内平均光强1glm2P=ATI=ATI[()−1]+s2δ结论：输出功率：νννν=<≠qq002014/5/713非均匀加宽单纵模激光器兰姆凹陷PPνP讨论：P148q3P0P2两个烧孔在νν−<∆

7、0(νHs/2)⋅+1IIν/时开始重叠。0ν0ν3ν2ν1ν兰姆凹陷的宽度大g()ν0致等于烧孔的宽度：1g()ν1兰姆凹陷形Iδν=∆+ν1ν成的原因:HIsg12014/5/7014ν2′ν3′ν0ν3ν2ν1ν§6.5脉冲激光器的工作特性2014/5/715短脉冲激光器的输出能量设谐振腔由一面全反射镜和一面透射率为T的输出反射镜组成，则输出能量为：TTν21E=E=η()EE−outin1pptaT++νaTp输出能量E随Ep线性增加，输出能量是由超过阈值的那部分能量转换而来。2014/5/716红宝石激光器输出能量和光泵输入电能的关系驰豫振荡o

8、scillationsofrelaxation弛豫振荡现象：固体（或半导体）激光