激光器工作原理ppt课件.ppt

第四章激光器工作原理引言可解得
当时,4.t0>>t2(长脉冲泵浦)激励时间足够长连续激光器－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短脉冲激光器(t0<t2)
未达到平衡,泵浦作用终止
非稳态,数值解,小信号微扰或其他近似方法
长脉冲激光器(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）一.阈值反转粒子数密度Dnth
自激振荡条件:（1）Dn>0;（2）g>a4.1激光产生的阈值条件界面处流入和流出的光子数相等不同模式(频率)具有不同的受激辐射截面,Dnt值也不同三、连续激光器或长脉冲激光器的阈值泵浦功率
（Ppt，t0>>t2）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)就能产生激光讨论:
1.四能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>>Dnt
2.泵浦效率的提高
4.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泵浦功率的阈值2、三能级系统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
振荡模式－满足自激振荡条件，在激光器中能形成稳定振荡输出的模式
第二章从谐振腔(类型、结构）出发讨论腔内可能存在的各种场分布及谐振频率模式
本节以激光工作物质的增益特性为基础，从增益饱和机制出发，讨论激光器的输出模式g0(n)稳态增益空间烧孔效应轴向空间烧孔效应的形成(设横向分布均匀)
腔内驻波场分布增益空间分布g(z)增益空间烧孔
波腹－光强大；波节－光强小
轴向驻波场分布导致工作物质
中各点增益不同－增益空间烧孔
波腹－g小；波节－g大横模的空间烧孔二、非均匀加宽激光器输出模式二、非均匀加宽激光器的振荡模式2、非均匀加宽激光器中模竞争的表现
若纵模频率n1,,n2对称分布在中心频率n0两侧，消耗相同速度vz的反转粒子数
相邻纵模的烧孔重叠4.3连续激光器的输出功率和最佳透过率讨论稳态情况下的平均光强估算激光器输出功率

一、连续(长脉冲)激光器输出功率
单模激光器（设第l模，频率为nq)讨论1.输出功率~激励功率(PpP)
固体激光器(光泵)气体激光器(放电激励，最佳放电电流)Fig.4.8Fig.5.3.3三能级2.非均匀加宽单模激光器兰姆凹陷(LambDip)－单模输出功率P与频率n的关系3.多模激光器
非均匀加宽:Dnq足够大,不发生烧孔相连时,用(4-21)及(4-23)计算每个纵模的输出功率,总功率即为各模输出之和补充题：
今有频率光强的光及频率为的弱光在均匀加宽及非均匀加宽工作物质中传播，请作下列三种情况下两种加宽机制介质：均匀加宽&非均匀加宽
两束光：强光n1,In1(In1为稳定光强);弱光n
三种情况：小信号(蓝)大信号,行波腔(红)大信号,驻波腔(棕）非均匀加宽介质二、短脉冲激光器的输出能量(t0<<ts)四能级系统为例关于输出能量公式的讨论§4.4脉冲激光器中的弛豫振荡(RelaxingOscillation)
一、定性解释弛豫振荡的形成（Dn&Nl的瞬态变化）t2-t3受激辐射使Nl急剧上升
Dn二、尖峰振荡过程的理论处理－求解瞬态速率方程
（1）精确解：数值解法
（2）近似解：稳态基础上的一级微扰例:四能级激光器瞬态速率方程,单模n=n0,实际固体激光器振荡过程并非象微扰理论所作的假设注入调制电流(3)增益开关DFB激光器(GainSwitched-DFB)
增益开关－用高速大信号调制时，使LD获得的增益大大超出阈值增益。利用LD的弛豫振荡特性获得超短脉冲单模激光器的线宽由那些因素决定
无源腔线宽有源腔线宽
单模激光器的线宽极限
自发辐射对单模输出线宽的影响
单模激光器输出线宽极限的估算
稳频激光器
兰姆凹陷饱和吸收
习题腔内总光强为二个方向相反的传播场的叠加，只有向输出镜传播的可以出激光器，因此为总场的1/2代入Is和Gm最佳透射率二、非均匀加宽单模激光器如果兰姆凹陷宽度和烧孔宽度相当4.4脉冲激光器的工作特性数学分析：设单模激光，v0，l=L，效率=1忽略2阶小量其中4.5激光放大器按工作方式分：