激光放大器.pptx讲解.ppt

激光放大器;主要内容;前言;4.1脉冲放大;设t=0时，n是均匀的。当光束通过长度为x=l的放大器时，能量增益为;能量提取效率 表示从放大器提取的能量与脉冲到达时上激光能级存储的能量之商，即 ;1)输入能量较低，即 则式（4.11）可近似表示为 ;;在双程放大器内的输出能量密度 由下式求出 式中 双程放大器的提取效率为 应该注意的是，上述式子的前提是存在均匀的增益系数和光束强度分布。在绝大多数系统中，这两个数值都表示径向分布特点，此时，增益系数表示为 ;在激光放大技术中，小信号增益系数 通常表示为 为增益与储能关系的参变量 整理式（4.11）得 如果已知放大器中的小信号增益或者储能量，则根据(4.11)、(4.22)就可以求出放大器的增益与输入能量密度的函数关系。 但是在谈论实际例子之前，应该注意推导(4.11)时的两种假设：1）入射脉冲的形状为矩形。 2）设放大器没有损耗。;4.1.1红宝石放大器;当脉冲长于1ns时，两个上能级（即 和2 能级）处于热平衡，可以从这两个能级提取能量。上能级中的总储存能量为 从红宝石中可以提取的最大能量为 因此，从红宝石中提取能量的效率为 对于红宝石 ， 可提取的能量与小信号增益系数之比定义为饱和能量密度，即 ;在总结了红宝石的有关激光参量后，再来考察（4.22）。将材料参量 和 代入该式，并设 和 为一定值，就能绘出红宝石放大器输出能量密度与其长度的函数关系。 设Ein=0.1J/cm2，所有粒子数反转时的不同储能分别为Est=3.0J/cm3、4.0J/cm3和4.5J/cm3，就可以得到图4.5所示的曲线。 。 ;只有一个参量难于确定，它就是棒中单位体积的存储能量 。该参量取决于闪光灯的输入能量与脉宽、泵浦结构的几何设计与效率以及激光棒的几何形状。由于在信号到达前，有： ，则 泵浦速率 可用每立方厘米的输入能量 、脉冲持续时间 和可调参量(泵浦效率) 表示 从式（4.30）和（4.31）得到反转粒子数与每立方厘米棒体积上闪光灯输入能量之间的函数关系式为 参量 只与泵浦结构的效率和灯的光谱输出有关。;图4.7以泵浦系数f为参变量，绘出了 时，存储能量与每立方厘米棒体积上灯的输入能量的函数关系。;当输入脉冲很短， 时，放大过程中的 和 能级之间不会发生热能转换，因此从红宝石晶体中提取的能量仅取决于 能级的粒子数。如果泵浦脉冲到达之前粒子数已经完全反转，则亚纳秒脉冲可以从红宝石中提取的最大能量为 由于小信号的增益系数与长脉冲的相同，则 由于材料的损伤限制了峰值功率，实际可得的能量密度远低于理论值。 ;4.1.2钕玻璃放大器;为了使激光系统比单MOPA产生更多的能量，或者为了获得几种多光束辐射分布，将小MOPA 的输出光束分成若干所需要的光束，每条光束都用来激励整个MOPA。 另有一种设计采用了MOPA系统，它将初始光束一分为二，然后将它们放大，又将每条光束分开，又放大，如此反复，直到获得所需要的光束数量和总能量。 激光玻璃的饱和能量密度 与增益截面 成反比。 k取决于输出能量密度和放大器的脉冲持续时间 若脉冲时间低于激光低能级寿命（小于1ns），饱和能量密度由脉冲持续时间决定。;图4.10 几种硅酸玻璃和磷酸玻璃的饱和能量密度与输出能量密度种硅酸的关系;4.1.3Nd：YAG放大器;图4.13绘出了从Nd:YAG放大器提取的能量与灯输入能量的关系曲线。可以看出从不同的棒中提取的最大能量都达到了饱和值。数据表明，若棒的长度超过50cm，则放大器输出能量密度的饱和能量极限与棒的长度几乎毫无关系。升高Nd:YAG棒的温度会降低其增益，存储能量就多。;图4.14 从简正模Nd：YAG振荡器、Q开关振荡器和Q开关脉冲放大器中提取的能量;4.2稳定态放大;经代数运算后得;4.2.1红宝石放大器;4.2.2钕玻璃放大器;4.3信号畸变;4.3.1空间畸变;3.增益饱和;5.热畸变 非均匀泵浦现在激光棒的边缘产生较高的增益系数，在棒内产生非均匀的温度分布。棒在吸收泵浦功率后，其表面的温度比棒中心的高，因而形成负热透镜，使光束出现波前畸变。 实质上就是介质吸收激光能量导致介质温度分布变化,从而导致介质的折射率发生变化。 6.折射率非线性 当强激光脉冲通过各向同性介质时，会引起折射率的变化，其一级近似为： 可以看出，在透光介质中传播的激光束引起的折射率增加量与光束的强度成正比。这种引起光束自感应像差的效应叫全光束相位畸