ch1第一章 固体激光器基本特性.ppt

固体激光器 固体激光器 固体激光器特点 运行方式多样：CW，PW，QCW，调Q，锁模，高平均功率，高重复率，高单脉冲能量及高峰值功率。 谱线多，达数千条，分布于可见到近红外区，通过频率变换技术可到紫外区 系统简单，制造容易，传输灵活，可接光纤 结构紧凑，牢固耐用，价格适宜 1.固体激光器基本特性 1.固体激光器基本特性 1.1固体激光器的基本结构和能量转换 1.2固体激光器的阈值 1.3输出能量（功率）、效率和最佳透过率 1.4输出稳定性、光谱特性、偏振特性和方向性 1.1固体激光器的基本结构及能量转换 激光器组成 固体激光器基本结构 激光工作物质 泵浦源 聚光腔 谐振腔 冷却与滤光 固体激光器的能量转换 量子效率 优质红宝石: 0.7 普通红宝石: 0.5 钕玻璃: 0.4 YAG: ~1 斯托克斯损失或斯托克斯比 输出耦合系数 1.2固体激光器的阈值 黑体辐射 黑体辐射 波耳兹曼分布 波耳兹曼分布 爱因斯坦系数 爱因斯坦系数 固体激光器的损耗 固体激光器的损耗 固体激光器的损耗 固体激光器的阈值 固体激光器阈值 固体激光器阈值 固体激光器阈值 三能级系统阈值 三能级系统阈值 影响阈值的因素 工作物质的种类 三能级阈值高于四能级阈值 损耗系数α 对三能级系统影响小 对四能级系统影响显著。 质量好的工作介质和精心调节谐振腔可减小α ηLηcηab 提高发光效率 提高聚光器效率 提高光谱匹配效率 输出镜反射率R 增大R可减小阈值 综合泵浦系数 1.3输出能量（功率）、效率和最佳透过率 输出能量 输出功率 斜（率）效率 斜（率）效率 总效率 最佳透过率 当输入不变时，能得到最大输出的输出镜透过率称为最佳透过率(Topt)，对应的最佳反射率用Ropt表示。 最佳透过率 最佳透过率 透过率选择 输出能量(功率)高，透过率高。 为防止腔内元件损坏，易采用高透过率。 依据经验用实验方法确定透过率 连续YAG：5～10％ 脉冲YAG：60～80％ 脉冲钕玻璃：50~60% 脉冲红宝石：40～60％ 依据最佳透过率公式 T1，2αl1，有解析公式（三能级公式可参考“激光器件”） T较大，或2αl不远小于1时，无法得到解析解 1.4输出稳定性、光谱特性、偏振特性和方向性 输出稳定性 长期稳定性 工作物质劣化 泵源老化 聚光器污染 谐振腔失调 短期稳定性 电源不稳 灯触发强度变化 阈值附近工作 外部光学元件反馈 激光棒热效应 高频起伏 驰豫振荡 光谱特性 多纵模工作 空间空穴效应 高增益 多模利用充分利用了反转粒子数，有利于锁模 高注入，高输出伴随激光线宽增加 激光束方向性 衍射极限倍数因子M2 影响激光方向性因素 高增益带来的高阶离轴模振荡 固体工作物质杂质，应力，激活离子分布不均等缺陷引起的散射和折射 光泵浦不均匀导致反转粒子数不均匀，引起折射率不均匀 热透镜的会聚作用使发散角增大 谐振腔的调整精度 激光的偏振特性 偏振性主要取决于工作物质 各向同性介质在应力及热效应作用下导致应力双折射，激光输出具有部分偏振特性。 在谐振腔中有偏振元件，激光输出也会具有偏振性 三种工作物质的阈值比较 工作物质尺寸：Φ6mm×100mm，损耗系数α＝0.01， 输出镜透射率T＝0.5，ηL＝0.5，ηc＝0.8，ηab＝0.2 3×10－20 4×1014 2.85×1020 0.5 1.49×1018 1.49×1018 28 50×10－20 4×1014 1.38×1020 1 8.9×1016 8.9×1016 0.83 2.5×10－20 6.25×1014 1.58×1019 0.7 1.79×1018 8.8×1018 184 σ21（cm2） νp（S－1） ntot(cm-3) η0 Δnth(cm-3) n2th(cm-3) Eth(J) Nd3+:Glass Nd3＋：YAG 红宝石 参数 工作物质横截面面积 对于四能级系统 四能级系统 使用时，直接删除本页！ 精品课件，你值得拥有！ 精品课件，你值得拥有！ 光电子技术精品课程 光电子技术 精品课程 电子科学与技术 精密仪器与光电子工程学院 此页说明激光的三个组成部分， 第一次课，讲到此处。 1960-5-17，Ted Maiman 发明第一台激光器 第一台红宝石激光器的拆卸图 A21 B12 B21 E2 S32 E1 W03 E3 E0 b) 四能级 A21 B12 B21 E2 S32 E1 W13 E3 a) 三能级 A31 A30 A21 B12 B21 E2 S32 E1 W03 E3 E0 b) 四能级 A21 B12 B21 E2 S32 E1 W13 E3 a) 三能级 A31 A30 E2 E1 A