激光原理与应用讲 第二章.ppt

激光原理与应用 对于第二种情况，我们讨论介质对频率为ν 、光强为I的光波的增益系数，此时……（结合图分析I=Is，v!=v0的情况……） 最后我们再提及一下第三种情况，即频率为ν、光强为I的强光作用下增益介质对另一小信号i（νi）的增益系数，由于涉及的内容较多这里只做一下定性说明：…… 下面我们将通过一道习题来讨论I＝IS稳定工作时信号增益曲线的线宽。 前面我们学习了均匀增宽介质的增益系数和增益饱和，下面我们在2.4节则来讨论非均匀介质的增益饱和，为了让同学们在本质上有更清楚的认识，我将通过对比的方式给大家做定性分析。 通过对比图(2-8) 均匀增宽型增益饱和曲线和图(2-14) 非均匀增宽型激光器中的增益饱和我们可以发现，光波I使……。 区别首先在于对非均匀增宽型介质它只能引起某个范围内的光波的增益系数下降，例如频率…… 区别还在于下降的倍数不同，例如频率…… 其原因在哪里呢，产生这种现象区别的本质原因在于在均匀…… 下面我将通过作图给大家做具体的讲解，小信号时均匀曾宽情况下粒子产生的增益饱和曲线是这样构成的，因此当有光强消耗…… 小信号时非均匀曾宽情况下粒子产生的增益饱和曲线是这样构成的，因此当有光强消耗…… 我参考的多本教材后发现还是周炳琨的激光管理上讲得最好，有兴趣的同学在课后可以深入阅读以下。 前面我们主要讨论了激光器内的增益，下面我们2.5节将主要讲激光器的损耗和阈值条件。教材中这部分内容首先介绍了激光器内的损耗种类，然后同时考虑了增益和损耗讨论了激光器内激光器内形成稳定光强的过程，并进而得到了激光输出的阈值条件也就是增益大于损耗的条件，最后以几种固体激光器为例定量比较了三能级系统和四能级系统达到阈值条件的难易程度。本小节的重点在于掌握光强在激光谐振腔内是如何实现增强的。 下面我们来看激光器的损耗，激光器的损耗主要包括两大类第一类是内部损耗即增益介质…… 于是激光在增益介质中的强度变化可以用该式描述，其中…… 镜面镜面损耗则是指当强度为…… 下面我们同时考虑增益和损耗来讨论激光器内激光器内形成稳定光强的过程，激光谐振腔……首先讨论…… ……再来讨论谐振腔稳定出光过程 …… 请同学门结合我们上节课学习的知识来思考一下，为什么“随着光强的增大，增益系数进一步减小”…… 下面我们来讨论一下阈值条件，根据上面的结论我们有获得激光所要求的…… 也就是说对于特定的激光器介质和激光谐振腔要通过抽运过程使n2-n1即Δn才能形成稳定的激光输出。 最后我们以几种固体激光器为例定量比较了三能级系统和四能级系统达到阈值条件的难易程度 最后我们以几种固体激光器为例定量比较了三能级系统和四能级系统达到阈值条件的难易程度 对于任意一个反射镜其成像公式…… 如图 (2-2) …… 于是利用稳定条件…… 这里要强调的是……破坏。因为……激光腔内功率密度本身就较高…… 这里要强调的是……损坏。因为……为了提高反射率腔镜…… 2.3.1 均匀增宽介质的增益系数 图(2-6)）Δn的饱和效应曲线 在实际应用中粒子数密度翻转分布是无法直接测定的。 与其相关的增益系数G可由实验测定，进而可验证粒子数翻转分布的正确性。 增益系数G也更直观地体现了光强的增益特性。 2.3.1 均匀增宽介质的增益系数 1.标志介质受激放大能力的增益系数G可以表示为 ，则对于均匀增宽介质： 图2-7 均匀增宽介质小信号增益系数 定义小信号增益系数： 图(2-7)示意 与谱线的线型函数 有相似的变化规律，而这体现了什么物理意义？ 2.3.1 均匀增宽介质的增益系数 图2-7 均匀增宽介质小信号增益系数 综合上两式可得： ，这就是均匀增宽介质增益系数的表达式。 2.对均匀增宽型介质有： ，则中心频率处小信号增益系数： 2.3.2 均匀增宽介质的增益饱和 1. 增益饱和：在抽运速率一定的条件下，当入射光的光强很弱时，增益系数是一个常数；当入射光的光强增大到一定程度后，增益系数随光强的增大而减小。 增益系数随光强而减小是因为光的受激辐射对介质的粒子数密度翻转分布有着强烈的影响造成的。 当谐振腔中光强很弱时，介质的受激辐射几率很小，粒子数密度翻转分布几乎不随光强变化，增益系数也几乎不变。 当谐振腔内光强逐渐增强，介质中粒子数密度翻转分布将因受激辐射的消耗而明显下降，增益系数也随之降低 2.3.2 均匀增宽介质的增益饱和 2. 对增益饱和分三种情况讨论 介质对此光波的增益系数为： 饱和光强Is：不同工作物质的Is相差加较大，其决定了腔内光强