第七章 激光放大特性ppt课件.ppt

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1、第七章激光放大特性刘雁三峡大学理学院2012版内容提要光学放大器的一般知识激光放大器的分类按照激励强弱的不同，工作物质的三种状态光纤放大器的一些知识7.1概述一、放大技术的目的：不改变激光的状态，增加激光输出的能量或功率。为什么不直接用振荡器来获得高功率的激光输出呢？原因：1、2、3实际上获得高功率光束质量优良的激光光束的方法是什么？二、激光放大技术：1、定义：利用光的受激辐射进行光的能量(功率)放大的器件。2、放大器的结构：MOPAsystem:masteroscillatorpoweramplifiersystem根据振荡级输出激光

2、的脉冲宽度不同可分为三种放大器。a.长脉冲激光放大器：一般振荡级激光器输出的是连续的或一般脉冲激光器。脉宽：τ>T1其中T1是放大介质激发态的粒子由于辐射跃迁的纵向弛豫时间。纵向弛豫时间：激发态的粒子所在的能级有一定的寿命，因此产生辐射跃迁有一定的滞后时间。固体：T1～10-3s主要由上能级的总寿命来决定。因此上能级的粒子数消耗掉以后来得及由泵浦得以补充。这时腔内的光子数密度和工作物质的反转粒子数可以认为不随时间变化——稳态过程。放大器时间的分类b.脉冲放大器：一般振荡级为调Q激光器～10-8sT2<τ

3、向弛豫时间：放大介质中粒子相互交换能量过程引起的非辐射跃迁使激发态的粒子的感应偶极矩有一定的弛豫时间。由于脉宽较小，在脉冲信号放大期间，工作物质的反转粒子数和光子密度是随时间变化的。——非稳态过程c.超短脉冲放大器：脉冲窄，是锁模激光器，输出的脉冲10-11～10-15s。光信号和放大介质的相干作用是一种相干的放大作用。情况比较复杂，需要采用半经典理论进行讨论。a.振荡级和放大级的介质能级匹配。b.放大介质处于粒子的反转状态。放大器按照工作方式的分类：a.行波放大器：光信号只经过工作物质一次，一般放大器不加谐振腔，只有工作物质。b.多程

4、放大器：光信号在工作物质中多次往返通过。C.再生式放大器：用一光束质量好的微弱信号注入到激光器中，它作为一个“种籽”控制激光振荡产生，并得到放大。放大级的作用是使从振荡级输出的光信号的能量（或功率）得到放大。条件：2.对其他脉冲波形的放大一般情况下激光器输出的激光波形不是矩形。根据激光器的不同，输出的可能是洛仑兹型或高斯型，指数型脉冲。求解的办法和矩形情况相同但要复杂的多。但理论和试验结果证明激光脉冲通过放大器以后，主要是输入波形的脉冲前沿影响输出的波形。不同形状光脉冲经过放大器后的情形1.对矩形脉冲的放大强信号的情况下，脉冲前沿的增益

5、与x是指数关系，脉冲后沿的增益减少。即脉冲不同处的增益不同。放大的光强不同，脉冲波形畸变，脉宽变化高斯型的函数exp（-t2/τ2）前沿比指数增加快（波形陡），则经过放大以后脉冲得到压缩。因为放大得到增益最大是指数关系，增长速度比脉冲前后沿变化快。①入射脉冲为高斯型的函数②入射脉冲为指数型脉冲前沿成指数变化，前沿一般放大的多，因此输出波形峰值位置随L发生变化（L↑峰值前移）脉冲波形不变。—前沿放大几乎是指数变化。从上面的讨论可以看出：要获得高功率窄脉宽的激光脉冲，在信号进入放大介质之前，先进行整形。—采用削波技术，切去脉冲上升慢的部分。

6、③入射脉冲为洛仑兹型脉冲前沿上升速度比指数慢，脉冲前沿放大的速率成指数比入射信号的前沿陡。输出的波形脉宽加宽。上述行波放大器的主要缺点是：由于光信号一次通过放大介质，则光信号过后，还可能有剩余的△n。因此能量利用率不高。因此在此基础上，发展了双程、多程放大技术。双程、多程放大器的结构：在行波放大器的末端加一反射镜。使光束多次通过放大介质。一、双程放大器。1.法拉第双程放大器。（实际上隔离器）在振荡器和放大器之间加一个法拉第旋转器，P－偏振器一般采用格兰棱镜。P的作用：①起偏器。②输出镜,输出的光是线偏光。光信号两次通过放大介质故称为双程

7、放大器。双程和多程放大技术工作过程：光经过偏振器后的偏振光，进入法拉弟旋转器，其偏振方向顺时针方向转动45度，第一次通过放大介质，由全反镜反射后，第二次通过放大介质和法拉弟旋转器，偏振方向又顺时针旋转45度，不能通过偏振器，从P处输出。利用法拉第旋转器的双程放大器的另一种结构如下：P－偏振器，同时也是输出镜。法拉第旋转器使光束的偏振面旋转900。工作过程:经过偏振器的光信号，在放大介质中第一次放大后，经法拉弟旋转器，其偏振方向顺时针方向转动90度，由全反镜反射后，第二次通过放大介质和法拉弟旋旋转器，偏振方向又顺时针旋转90度，从P处输出

8、。2.菲涅尔菱体双程放大器。（实际上是隔离器）菲涅尔菱体可使线偏光通过后变成圆偏光。利用它的这个性质，把它放到振荡器和放大器之间组成双程放大器工作过程：其工作过程与利用法拉弟旋转器的类似。从以上双程放大器看