最新7激光输出讲解教学讲义ppt.ppt

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1、7激光输出讲解如图它有类似于电子学中滤波器的特性，即对入射光束的频率具有选择性，入射光束通过它的透过率Ｔ＝Ｉ１／Ｉ０具有如图(b)所示的规律，只有满足关系:的这些频率才具有大的透过率，式中q是正整数。由上式所表示的频率νｑ可理解为能在F-P中存在、并共振的(多次反射)的光波模式.νq=qc/2Lcos这里所得到的F-P干涉仪中的纵模概念，也就是光学谐振腔中的纵模概念。光学谐振腔存在着一系列纵模，纵模的频率νq以及相邻纵模的间隔Δνq分别由νq=qc/2Lνq=νq+1-νq=c/2L图中平行于频率轴的直线表示损耗线，在损耗线以上的均匀加宽增益曲

2、线的宽度为Δνc,其中包含了五个可以起振的纵模模式。因为在这个频率范围内，增益大于损耗，即G＞α，相邻两个纵模间隔为Δν＝c/2ηL，有Δνc/Δν≈5。1．均匀加宽激光器的振荡特性图是均匀加宽激光器振荡特性示意图。但这五个纵模起振后产生增益饱和效应，使整个增益曲线下降，从而又使偏离中心频率ν0较远的模式失去增益如考虑增益饱和效应，就能确定由激光腔输出的激光模式。增益饱和效应有均匀加宽的增益饱和效应与非均匀加宽的增益饱和效应，它们对激光器输出激光的影响是不相同的，这3个纵模起振后产生增益饱和效应，使整个增益曲线下降，从而又使偏离中心频率ν0较远的模

3、式失去增益最后只有离ν0最近的模式达到稳定振荡条件（增益系数与损耗系数相等）。因此，理想的均匀加宽激光器最终可实现单纵模运转。2．非均匀加宽激光器的振荡特性当五个可以起振的纵模起振后，由于非均匀加宽增益饱和效应，产生增益曲线的烧孔效应，所以这五个纵模都可以振荡。由此可知，非均匀加宽激光器总是多模工作，总的激光输出功率等于各模功率之和。如果要求非均匀加宽激光器单纵模运转，方法之一是缩短腔长L，使得Δν＝c/2ηL＞Δνc即可。图是非均匀加宽激光振荡性示意图最后要指出，实际上，均匀加宽激光器也不能单纵模运转，而总是多纵模工作。激光腔内形成的激光驻波场

4、在波腹处虽大量消耗反转粒子，但在波节处保留相当可观的反转粒子，仍允许其它模式振荡。与非均匀加宽增益曲线烧孔效应相对应，称为增益的空间烧孔效应。由于空间烧孔效应，也导致均匀加宽激光器的多纵模运转。激光器的输出特性当腔镜之一具有适当的透过率时，就由此腔镜输出激光。在上节中，我们已经给出圆形镜面共焦腔的腔镜面上的场可以用拉盖尔－高斯函数式表示，而且腔中整个空间的场分布也可以用解析地表示出来。式中(γ，φ)是镜面上的极坐标，Cmn是归一化常数，OS=（L/）1/2L是两腔镜间距离，是高斯函数，Lmn（ξ）是缔合拉盖尔多项式ω(z)、ω0和R(z)分别

5、由以前的公式给出这里，f=L/2,为共焦腔镜的焦距L为腔长R(z)是等相位面曲率半径ω0是共焦腔中心处TEM00模的光斑半径ω(z)是TEM00模在任意位置z处的光斑半径。ω(z)式表明，共焦场中基模光斑的大小随坐标z按双曲线规律变化，有（ω2（z）/ω02）-（z2/f2）=1通常将式中的ω0称为高斯光束的基模腰斑半径。激光器的若干物理特性：一、激光器的阈值条件当谐振腔内工作物质的某对能级处于集居数分布反转状态，则频率处在工作物质的谱线宽度内的微弱光会因受激放大而获得增益，使光信号不断增强。包括反射镜的散射和吸收损耗、腔内元件的吸收和散射损耗、衍

6、射损耗、工作物质内部均匀或吸收引起的损耗以及激光器输出损耗（从激光腔内形成激光振荡来说，这也是一种损耗）。但是，谐振腔中同时存在着各种损耗，Gt=α或G0（ν）≥Gt＝α式中，Gt称为阈值增益系数。同一横模、不同纵模具有相同的α，因而具有相同的阈值Gt。不同横模具有不同的衍射损耗，因而有不同的阈值，且高阶横模的阈值比基模的大。则腔内能否产生振荡，取决于增益G0（ν）与损耗α的大小，即是否满足振荡阈值条件设与阈值增益相对应的阈值反转集居数密度为Δnt，对三能级系统，激光上能级E2的阈值集居数密度n2t为n2t≈（n+Δnt）/2对四能级系统，激光上能

7、级E3的阈值集居数密度n3t为n3t≈Δnt已考虑了激光下能级E2上的集居数n2≈0。使激光器维持在阈值条件下所需的最小泵浦功率，就是阈值泵浦功率Pth，相应的最小泵浦能量，叫作阈值泵浦能Eth。式中n为总粒子数密度。因为Δnt<

8、一部份通过自发辐射跃迁回到基态E1，一部份非辐射跃迁到E2能级，所以η1<1,它叫作由能级E3向能级E2非辐射跃迁量子效率