激光-第4章.ppt

§4.2 模式竞争 开始时，G0Gt，νq，νq+1，νq-1都能 形成自激振荡； 当G下降到曲线1时，G(νq+1)=Gt，此时Iνq+1不再增加，而Iνq和Iνq-1会继续增加； 当G下降到曲线2时，G(νq+1)Gt，此时Iνq+1会逐渐减小而熄灭，G(νq-1)=Gt， 则Iνq-1不会再增加，而Iνq会继续增加； 当G下降到3时， G(νq-1)Gt，此时 Iνq-1会逐渐减小而熄灭， G(νq)=Gt， 即腔内只剩下频率为νq的模式继续存在。 §4.2 模式竞争 对均匀加宽，总是靠近中心频率的纵模在竞争中获胜，即均匀加宽稳态激光器应该是单纵模输出的。 同样,不同横模间也会发生上述竞争过程,由于不同横模具有不同的 值,竞争的情况比较复杂。 2.空间烧孔引起多模振荡 由以上分析可知,均匀加宽稳态激光器应为单纵模输出。但实际上,当激发较强时，往往出现多纵模振荡。激发越强,振荡模式越多。下面分析产生这一现象的原因。 如图所示,当频率为νq的纵模在腔内形成稳定振荡时,腔内形成一个驻波场,波腹处光强最大,波节处光强最小。 §4.3 连续激光器输出功率 三、输出功率 1、均匀加宽单模激光器 若T1，则I+≈I-，腔内平均光强为 ，均匀加宽时，I+与I-同时参与加宽： §4.3 连续激光器输出功率 设光束有效截面面积为S，则输出功率： - 当 ，则输出功率： §4.3 连续激光器输出功率 当T1时， ，a为除输出损耗以外的其它往返损耗率，a1，上式可得： - 以上结果是在T1情况下得到的，此时I+与I-不相等且会发生变化，但严格证明上式仍然成立； §4.3 连续激光器输出功率 几个结论： 输出功率P正比于IS，并随着Gml/δ增加而增加； P随着Pp（泵浦功率）线性增加，它是由超过Ppt（泵浦阈值功率）那部分泵浦功率转换而来的； Pp上升、 IS上升或者δ下降都会造成P上升； IS大的工作物质可以产生较大的输出功率； §4.3 连续激光器输出功率 将输出功率表达式对T求导数（详细推导过程见下页），可求出最佳透过率： - 此时的输出功率为： §4.3 连续激光器输出功率 2、非均匀加宽单模激光器 当νq≠ν0时，I+与I-会在增益曲线的两侧对称的引起两个烧孔，对每个孔起饱和作用的分别为I+和I-，则： 其中Gm=Gi0(ν0)，稳定工作时： 可以得到： §4.3 连续激光器输出功率 则单模输出功率为： - 当νq=ν0时，I+与I-烧同一个孔，烧孔深度取决于腔内平均光强： ，稳定工作时： 则 ， 即中心频率时的输出功率小于非中心频率时。 §4.3 连续激光器输出功率 兰姆凹陷： 当νq= ν1时，G0=Gt，P=0； 当νq= ν2时，在增益曲线上烧两个孔，P正比于孔的面积。 当νq= ν3时，烧孔面积增大，P增大； 当νq→ ν0时，两个孔部分重叠，P开始减小，在ν0处有最小值； 功率-频率曲线上的这种凹陷称之为兰姆凹陷； §4.3 连续激光器输出功率 当气体激光器气压增高时，多普勒展宽效应下降，谱线逐步过渡到均匀展宽，则兰姆凹陷会逐渐变宽、变浅，最终消失。 通过半经典理论，得到凹陷的定量关系，可知其深度与激发参量Gml/δ成正比。即激发越强,凹陷越深(激发强,烧孔面积大)。  §4.4 线宽极限  CO2激光器谐振腔长L＝0.8m，放电管直径d=20mm,输出镜透射率为T=0.04,其他往返损耗率a=0.04,求①腔内稳定光强②输出功率③最佳输出功率(设只有?0一个模式,所须经验公式: Gm =1.4× 10-2/d 1/mm, Is=72/d2 w/mm2) 例1 解 δ=0.02+0.02=0.04 §4.3 连续激光器输出功率 例3 解 　　非均匀加宽气体激光器中, 已知Gm=10 -4 1/mm , 总单程损耗率δ=0.02, 腔长L=0.5m, 入射强光频率为 , 且光强达到稳定, 求该光在增益曲线上所烧孔的深度?G §4.3 连续激光器输出功率 He-Ne激光器的谐振腔长L=1.5m, 截面积S= 1 mm2,输出镜透过率为T＝0.02, 激活介质的多普勒线宽为??D＝1000MHz, 饱和参数为Is=10 w/mm2,现将此激光器激活，激发参数?=4,求总输出功率(所有模式都按中心频率计算) 例2 解 §4.3 连续激光器输出