纵向空间烧孔效应ppt课件.ppt

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1、第五章激光振荡特性一、激光振荡特性振荡条件、激光形成、模竞争、输出功率或能量、弛豫振荡、激光线宽、频率牵引等。讨论方法：速率方程和工作物质增益饱和。二、激光器的分类1、分类标准：工作方式－按泵浦方式分类2、分类(1)连续或长脉冲激光器(t0>>τ2)——稳定工作状态(稳态)在泵浦时间内,各能级粒子数及腔内光子数密度可以达到稳定状态。有：速率方程代数方程(2)脉冲激光器(t0<<τ2)——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。未达到平衡,泵浦作用终止。属于非稳态;需要数值求解或用小信号微扰或其他近似方法处理速率方

2、程。分类根据事例：上一章第8题的分析讨论。第一节激光器的振荡阈值一、阈值种类①阈值反转集居数密度②阈值增益系数③连续或长脉冲激光器的阈值泵浦功率④短脉冲激光器的阈值泵浦能量二、阈值反转集居数密度从速率方程出发，自激振荡条件：1、阈值反转集居数密度l：工作物质的长度2、振荡条件：特例：不同模式(频率)具有不同的阈值反转粒子数密度。中心频率处阈值反转粒子数最低。4、讨论损耗越大，发射截面越小，腔长越短，阈值反转粒子数密度越大。三、阈值增益系数1、阈值增益系数：2、推证：3、讨论的不同纵模具有相同的损耗，因而具有相同的。不向的横模具有不同的损耗，因而有不同的，高次横

3、模的比基模的大。四、连续或长脉冲激光器的阈值泵浦功率1、四能级系统(1)特点：S10大，则(的情况)(2)阈值泵浦功率(3)推证(自己理解)－泵浦光子能量V－工作物质总体积2、三能级系统(1)特点忽略能级简并(如红宝石):(2)阈值泵浦功率(3)推证(自己理解)五、短脉冲激光器(t0<<τ2)的阈值泵浦能量1、特点：泵浦时间短，在t0时间内，可以忽略自发辐射(A21)及无辐射跃迁(S21)，只考虑泵浦激励作用。要使E2上增加一个粒子，只须吸收1/η1个泵浦光子。单位体积中吸收的光子数大于n2t/η1个泵浦光子就可发光。2、四能级系统(1)特点：(2)阈值泵浦能

4、量3、三能级系统(1)特点：(2)阈值泵浦能量六、t0与τ2可比拟时的脉冲激光器的阈值泵浦能量A21&S21的影响不能忽略，无法得到Ept的简单解析表达式，t0给定，可数值求解。七、阈值特点小结1、三能级系统所需的阈值能量比四能级大得多理由：三能级系统的激光下能级是基态，至少要将一半粒子n/2激励到E2。四能级系统的激光下能级几乎为空，只需将Δnt个粒子激发到E2。而n/2>>Δnt。2、光腔损耗对三能级系统的影响较对四能级的小从两个系统的阈值公式可看出。理由：对三能级系统，要将(n+Δnt)/2粒子激励到E2，而n/2>>Δnt，可忽略Δnt。而对四能级系统

5、，只需将Δnt个粒子激发到E2，而Δnt∝δ。但当δ很大，使得Δnt也很大，达到可以与n/2相比拟时，才要考虑损耗对三能级系统阈值的影响。3、Ppt,Ept与工作物质特性有关均匀加宽非均匀加宽较大的工作物质一般只能脉冲式工作!第二节激光器的振荡模式核心问题:与饱和效应相关的模式(纵模或横模)之间的竞争！问题思考:试说明某个频率的光最终要成为激光的纵模输出，它必须突破几个关口。参考答案：①满足腔的谐振条件，成为腔的梳状模之一。②频率落入工作物质的谱线线型范围ΔνF内。③小信号增益系数大于阈值增益系数。一、均匀加宽激光器的模竞争1、增益曲线均匀饱和引起的纵模自选模

6、作用(1)参与竞争的模：，都落入内各自都有：(2)竞争或自选模过程g0()如图，开始时：由于饱和效应，增益曲线下降。当降到曲线1时：1Iq+1停止上升，而Iq-1和Iq继续上升，增益曲线继续下降，使Iq+1迅速减小并熄灭。当降到曲线2时：2Iq-1停止上升，而Iq继续上升，增益曲线继续下降，使，Iq-1熄灭。3当降到曲线3时：Iq停止上升，由于没有其他的纵模使增益曲线下降,则激光器就稳定在Iq上,从而输出单纵模激光。结论：理想情况下，均匀加宽稳态激光器的输出应是单纵模，其频率在增益曲线中心频率附近，其它纵模被抑制而熄灭。在模的竞争过程中，频率越远离中心频率的

7、光越先熄灭。说明：不同横模间也会发生类似竞争过程，但由于不同横模具有不同的gt值，竞争的情况较复杂。2、空间烧孔引起的多纵模振荡(1)激光强时，均匀加宽激光器为多纵模振荡，激发越强，达到阈值从而参与竞争而振荡的纵模数越多。理由：腔内驻波场分布要引起增益空间烧孔效应。(2)增益的轴向(或纵向)空间烧孔效应(a)(b)(c)L由于腔内的驻波场分布，波腹处光强大，波节处光强小，由于饱和效应，则反转集居数从而增益系数在波腹处最小，在波节处最大，形成增益系数的轴向空间分布。—增益的轴向(或纵向)空间烧孔效应(a)(b)(c)L(3)纵模的空间竞争若一纵模的波腹与另一个纵

8、模的波节重合较好，则两模可分用纵向不同