c3.5激光器的输出功率课件.ppt

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1、§3.4稳定球面腔的光束传播特性§3.3高斯光束的传播特性§3.1光学谐振腔的衍射理论1§3.5激光器的输出功率第三章激光的输出特性§3.6激光器的线宽极限§3.2对称共焦腔内外的光场分布§3.7激光光束质量的品质因子M2§3.5激光器的输出功率连续或长脉冲激光器输出功率短脉冲激光器输出能量连续或长脉冲激光器一、腔内光强分布的特点及理由特点：腔内光强分布是不均匀的。理由：激活介质的光放大作用、腔内损耗系数的不均匀分布、驻波效应、光场的横向高斯分布等。处理方法：由增益饱和效应出发估算稳态工作时的腔内平均光强，并在此基础

2、上估算激光器输出功率。二、腔内光强达到稳态的过程外界激发很弱时激光器无输出增强外界激发当时，稳态建立§3.5.1均匀增宽型介质激光器的输出功率在驻波型激光器中,稳定工作时，腔内存在着沿腔轴方向传播的光I+和反方向传播的光I-。若谐振腔由一面全反射镜M2和一面透射率为t的输出反射镜M1组成时,腔内光强如图3-11所示。图(3-11)谐振腔内光强一.稳定出光时激光器内诸参数的表达式(1)腔内最小的光强(2)腔内最大光强(3)输出光强:(4)镜面损耗：剩余部分：(5)最大最小光强、输出光强和镜面损耗之间关系由能量守恒定律可

3、得：(6)平均行波光强对于腔内任何一处z都有两束传播方向相反的行波I+(z)和I-(2L-z)引起粒子数反转分布值发生饱和，增益系数也发生饱和，近似用平均光强2I代替腔内光强I+(z)+I-(2L-z)，用作为腔内的平均增益系数，则腔内的平均行波光强为：图(3-11)谐振腔内光强二.激光器的输出功率对M1有：激光器的总损耗为：如果很小，将用级数展开取一级近似，可得：理想的情况，将全反射镜M2上的镜面损耗都折合到M1上，对M2有：图(3-11)谐振腔内光强§3.5.1均匀增宽型介质激光器的输出功率则激光器内行波的平均光

4、强I可以化为：激光器输出光强也可以表示为：若激光束的平均截面为A，则其输出功率为：图(3-11)谐振腔内光强§3.5.1均匀增宽型介质激光器的输出功率均匀增宽型介质三.输出功率与诸参量之间的关系(1)P与Is的关系:两者成正比(2)P与A的关系:A越大，P越大；而高阶横模的光束截面要比基横的大，输出功率大(3)P与t1的关系:实际中总是希望输出功率大镜面损耗小，即希望这要求t1大，a1小，使t1>>a1，但t1过大又使增益系数的阈值G阈升高，而如果介质的双程增益系数2LG0不够大将会导致腔内光强减小，使输出功率降低。

5、严重时使腔内不能形成激光。t1过小，虽然使G阈降低光强增强，但镜面损耗a1I-(2L)也将增大，使增加的光能用于损耗的部分增多，而不是增加输出。§3.5.1均匀增宽型介质激光器的输出功率解以上方程得最佳透射率：为了使激光器有最大的输出功率，必须使部分反射镜的透射率取最佳值：§3.5.1均匀增宽型介质激光器的输出功率三.输出功率与诸参量之间的关系(3)P与t1的关系:此时，输出镜具有最佳透射率时激光器的输出功率为：一.稳定出光时激光器内诸参数的表达式(1)腔内最大光强(2)输出光强(3)镜面损耗(4)最小光强：图3-1

6、2非均匀增宽激光器腔内的光强和均匀加宽激光器不同的是,当振荡模频率vq≠v0时,I+和I-两束光在增益曲线上分别烧两个孔。对每一个孔起饱和作用的分别是I+或I-,而不是两者的和。§3.5.2非均匀增宽型介质激光器的输出功率(5)非均匀增宽型介质的增益系数随频率而变◆当,光束与将在增益曲线上分别产生两个烧孔，每个光强只对其中一个烧孔起饱和作用;腔内不同地点的光强不同，取I作为平均光强，当增益不太大时I=I+=I-，则介质对光波的平均增益系数为：§3.5.2非均匀增宽型介质激光器的输出功率◆当，光束与将在增益曲线中心处产

7、生一个烧孔，此时：图3-13非均匀增宽激光器的“烧孔效应”图3-13非均匀增宽激光器的“烧孔效应”若用平均光强2I来替则光波在腔中的平均增益系数可表示为：§3.5.2非均匀增宽型介质激光器的输出功率若增益系数的阈值都相等，则和附近频率为光波的平均光强分别为下值，且前者比后者要弱：二、激光器的输出功率若腔内只允许一个谐振频率，且，激光器在理想的情况下，仍有：(1)单频激光器的输出功率§3.5.2非均匀增宽型介质激光器的输出功率此时腔内的平均光强为：激光器的输出光强为：激光器的输出光强为：若光束的截面为A，则激光器的输出

8、功率为：激光器输出光强为：若腔内单纵模的频率为，激光器腔内平均光强为：§3.5.2非均匀增宽型介质激光器的输出功率若光束的截面为A，激光器的输出功率为：§3.5.2非均匀增宽型介质激光器的输出功率上面两式相比,上式多了一个1/2因子,由此可见v=v0时的输出功率小于v≠v0时的输出功率。图为单模输出功率P和振荡频率v的关系曲线。在v=v0处,曲