激光器工作原理ppt课件.ppt

《激光器工作原理ppt课件.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、第四章激光器工作原理第四章激光器工作原理引言激光器分类(工作方式－按泵浦方式分类)连续激光器脉冲激光器短脉冲激光器长脉冲激光器三能级系统(红宝石)的泵浦激励W13(t)w130t0t矩形脉冲激励w13A31S31S32A21S21w21w12E1E2E3泵浦效率荧光效率W13(t)w130t0t从泵浦→阈值附近(尚未形成自激振荡),可忽略受激辐射跃迁过程可解得当时,讨论:1.n2经历的两种变化过程0t0泵浦脉冲撤除n2n2(t0)t0tn2W13(t)w13t0t4.t0>>t2(长脉冲泵浦)激励时间足够长3.t0

2、略SP光泵作用过程中,n2(t)处于不断增长的非稳态(为什么？)2.t=t0时n2最大连续激光器－稳定工作状态(稳态)各能级粒子数及腔内光子数密度达到稳定状态。速率方程代数方程脉冲激光器－非稳定工作状态(非稳态)泵浦持续时间短,各能级粒子数及腔内光子数密度处于剧烈的变化之中。根据泵浦持续时间t0及激光上能级寿命t2对脉冲激光器细分n2完成增长过程达到稳定值,可按稳态处理;n1也达到稳定值W13(t)w130t0ttn2短脉冲激光器(t0>t2)泵浦作用时间较长，趋近稳态连续激光器可按稳

3、态处理理论上说,脉冲激光器和连续激光器没有严格界限阈值反转粒子数密度阈值增益系数阈值泵浦功率（阈值泵浦能量）4.1激光产生的阈值条件一.阈值反转粒子数密度Dnth自激振荡条件:（1）Dn>0;（2）G>a一.阈值反转粒子数密度Dnth自激振荡条件:（1）Dn>0;（2）g>a推导Dnth的两种方法:(1)光强变化*(2)速率方程;(1)往返一周的光强变化增益介质充满腔内I0，I1r1r24.1激光产生的阈值条件激光产生的阈值条件：增益系数大于阈值增益根据速率方程推导阈值增益系数NlN’lLl光子寿命：单程总损耗C光速界面处流入和流出的光子数相等光子数密度速率方程阈值时阈值

4、粒子数反转密度不同模式(频率)具有不同的受激辐射截面,Dnt值也不同激光器阈值反转粒子数密度－n=n0时的阈值反转粒子数密度中心频率处阈值反转粒子数最低阈值增益系数唯一地由单程损耗决定，当腔内损耗一定时，阈值增益系数为一常数二、阈值增益系数gt即n=n0时的阈值增益系数均匀加宽非均匀加宽*讨论不同模式(n)s21(n,n0)不同Dnt不同，即Dnt(n)不同纵模具有相同的阈值增益gt不同横模的衍射损耗不同,gt不同高阶横模的阈值增益大于基模，即三、连续激光器或长脉冲激光器的阈值泵浦功率（Ppt，t0>>t2）1.四能级系统（假定泵浦均匀）w03A30S32S21A21W21E3

5、E2E1E0W12S10单位时间单位体积内，E2E1跃迁的粒子数或要维持需要E3E2粒子的跃迁补充同样多的粒子数通过泵浦（吸收）E0E3或－泵浦光子能量－总量子效率2.三能级系统分析方法与四能级系统类似，不同之处－三能级系统中，激光下能级为基态（E1）若要使Dn=1需吸收（泵浦）光子数(1/1)要使n2=n2t需吸收（泵浦）光子数(n2t/1)当单位体积吸收的泵浦光子数>(n2t/1)就能产生激光短脉冲激光器长脉冲或连续激光器四能级三能级四、短脉冲（t0<

6、级系统激光器阈值低于三能级系统四能级n10,只需抽运Dnt粒子就可使g>a形成振荡三能级n1为基态,至少要抽运n/2粒子,且n/2>>Dnt2.泵浦效率的提高3.Ppt,Ept与工作物质特性有关均匀加宽非均匀加宽4.应保证腔内各光学元件质量,减小各种损耗优良激光工作物质－荧光线宽较小(钕玻璃&YAG比较)作业：P100T1,2,3中心频率处的阈值粒子数反转称为激光器的阈值粒子数反转均匀加宽：非均匀加宽：增益系数阈值增益系数激光阈值条件泵浦功率的阈值1、四能级系统单位时间内跃迁的粒子数密度光泵浦中的泵浦光光子数密度：泵浦光功率：2、三能级系统泵浦功率3、脉冲激光器（泵浦脉冲远小于能

7、级寿命）达到nt的所需的泵浦光子数泵浦光的脉冲能量为三能级：三能级泵浦阈值功率较大，而四能级系统的阈值泵浦功率较小泵浦阈值功率和受激辐射截面呈反比，和光谱线宽成正比，因此F越小，泵浦阈值功率越小一般固体激光器的阈值指的是实现阈值粒子数反转所需的泵浦能量几点结论：激光器的振荡模式均匀加宽激光器的模竞争及自选模作用空间烧孔引起的多模振荡非均匀加宽激光器的多纵模振荡连续或长脉冲激光器输出光功率与能量均匀加宽单模激光器非均匀加宽单模激光器兰姆凹陷多模激光器4.2连续激光