三-输出功率与能量要点教学内容.ppt

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1、三-输出功率与能量要点Inchapter3wefoundthatanatomicmediumwithaninvertedpopulation(N2>N1)iscapableofamplifyinganelectromagneticwaveifthelatter’sfrequencyfallswithinthetransitionlineshape.Considernextthecaseinwhichthelasermediumisplacedinsideanopticalresonator.Astheelectromagneticw

2、avebouncesbackandforthbetweenthetworeflectorsitpassedtroughthelasermediumandisamplified.Iftheamplificationexceedsthelossescausedbyimperfectreflectioninthemirrorsandscatteringinthelasermedium,theenergystoredintheresonatorwillincreasewithtime.Thiscausestheamplificationco

3、nstanttodecreaseasaresultofgainsaturation.Theoscillationlevelwillkeepincreasinguntilthesaturatedgainperpassjustequalsthelosses.Atthispointthenetgainperpassisunityandnofurtherincreaseintheradiationintensityispossible-thatis,steadystateoscillationobtains.（一）激光器稳态工作的建立如果腔

4、内某一振荡模式的频率为q，开始时，由于,腔内光强Iq逐渐增加，同时由于饱和效应，g(q,Iq)将随Iq的增加而减少，但只要g(q,Iq)仍比gt大，这一过程就将继续下去，即Iq继续增加，g(q,Iq)不断减小，直到,增益和损耗达到平衡，Iq不再增加。这时，激光器建立了稳定工作状态。当g0()>gt时，dNl/dt>0，腔内光强不断增加。无限增加?当外界激发作用增强时，小信号增益系数g0()增大，此时Iq必须增大到一个更大的值才能使g(q,Iq)降低到gt并建立起稳定工作状态，因此激光器的输出功率增加。

5、稳态工作时的大信号增益系数总是等于gt。结论：在一定的激发速率下，即当g0()一定时，激光器的输出功率保持恒定；当外界激发增强时，输出功率随之上升，但在一个新的水平上保持恒定。（二）连续或长脉冲激光器的输出功率1、均匀加宽单模激光器??腔内平均光强Iq在驻波型激光器中，腔内存在着沿腔轴方向传播的光I+和反方向传播的光I-，二者同时参与饱和作用如果T<<1，稳态工作时增益系数也很小，近似认为I+=I-，腔内平均光强Iq=2I+。稳态情况下，求得腔内平均光强为??输出功率设激光束的有效截面面积为A，则激光器的输出功率为1）在T<<

6、1时，，a为往返指数净损耗因子，通常a<<1。上式改写为2）光泵激光器Pp及Ppt分别为工作物质吸收的泵浦功率及阈值泵浦功率，S为工作物质横截面面积s称为斜率效率结论：一旦激光器确定了，斜率效率就确定了；输出功率随泵浦功率线性增加。上式对于放电激励的气体激光器例外Thetotallossencounteredbytheoscillatinglasermodecanconvenientlybeattributedtotwodifferentsources:(a)theinevitableresiduallossduetoabsorp

7、tionandscatteringinthelasermaterialandinthemirrors,aswellasdiffractionlossesinthefinitediameterreflectors;(b)the(useful)lossduetocouplingofoutputpowerthroughthepartiallytransmissivereflector.Itisobviousthatloss(a)shouldbemadeassmallaspossiblesinceitraisetheoscillationt

8、hresholdwithoutcontributingtotheoutputpower.Theproblemofthecouplingloss(b),however,ismoresubtle.Atzerocoupling(thatis