3.5激光器的输出功率.pptVIP

上一页 回首页 下一页 回末页 回目录 第三章 激光器的输出特性 §3.5 激光器的输出功率 * §1.7 光的相干性 第一章 辐射理论概要 上一页 回首页 下一页 回末页 第一章 回目录 3.5.1 均匀增宽型介质激光器的输出功率 (1) 腔内最小的光强I+(0) (2) 腔内最大光强I-(2L)=r2I+(0)exp2L(G-a内) (3) 输出光强：Iout=t1I-(2L)=t1r2I+(0)exp2L(G-a内) (4) 镜面损耗：Ih=a1I-(2L)=a1r2I+(0)exp2L(G-a内) 剩余部分：I+(0)=r1I-(2L)=r1r2I+(0)exp2L(G-a内) 图(3-11) 谐振腔内光强 1. 稳定出光时激光器内诸参数的表达式 (5) 最大最小光强、输出光强和镜面损耗之间关系 由能量守恒定律可得：I-(2L)-I+(0)=Iout+Ih=(a1+t1)I-(2L) (6) 平均行波光强 对于腔内任何一处z都有两束传播方向相反的行波I+(z)和I-(2L-z)引起粒子数反转分布值发生饱和，增益系数也发生饱和，近似用平均光强2I代替腔内光强 I+(z)+ I-(2L-z)，用 作为腔内的平均增益系数，则腔内的平均行波光强为： 3.5.1 均匀增宽型介质激光器的输出功率 2. 激光器的输出功率 (1) 理想的情况 ，将全反射镜M2上的镜面损耗都折合到M1上，对M2有： 对M1有： 激光器的总损耗为： 如果 很小，将 用级数展开取一级近似，可得： 则激光器内行波的平均光强I可以化为： 激光器输出光强也可以表示为： 若激光器的平均截面为A，则其输出功率为： 3.5.1 均匀增宽型介质激光器的输出功率 3. 输出功率与诸参量之间的关系 (1) P与Is的关系: 两者成正比 (2) P与A的关系: A越大，P越大；而高阶横模的光束截面要比基横的大 (3) P与t1的关系: 实际中总是希望输出功率大镜面损耗小，即希望 这要求t1大，a1小，使t1a1，但 t1过大又使增益系数的阈值G阈升高，而如果介质的双程增益系数2LG0不够大将会导致腔内光强减小，使输出功率降低。严重时使腔内不能形成激光。 t1过小，虽然使G阈降低光强增强，但镜面损耗a1I-(2L)也将增大。 解此方程得： 为了使激光器有最大的输出功率，必须使部分反射镜的透射率取最佳值： 此时，激光器得输出功率为： 3.5.2 非均匀增宽型介质激光器的输出功率 1. 稳定出光时激光器内诸参数的表达式 (1) 腔内最大光强 (2) 输出光强 (3) 镜面损耗 (4) 最小光强： 光波在腔内传播情况如图3-12所示 图3-12 非均匀增宽激光器腔内的光强 (5) 非均匀增宽型介质的增益系数随频率 而变 光波的频率 不在非均匀增宽介质的中心频率处，光波在腔内传播时将有两部分粒子—— 和 粒子对它的放大作出贡献。 3.5.2 非均匀增宽型介质激光器的输出功率 1. 稳定出光时激光器内诸参数的表达式 (5) 非均匀增宽型介质的增益系数随频率 而变 光波的频率 不在非均匀增宽介质的中心频率处，光波在腔内传播时将有两部分粒子—— 和 粒子对它的放大作出贡献。 即频率为 的光波， 和 两束光在增益系数的曲线上 的两侧对称的“烧”了两个孔。如图3-13所示。 图3-13 非均匀增宽激光器的“烧孔效应” 腔内不同地点的光强不同，取I作为平均光强，当增益不太大时I=I+=I-，则介质对 光波的平均增益系数为： 这就是非均匀增宽型介质对非中心频率光波的增益系数的表达式； 3.5.2 非均匀增宽型介质激光器的输出功率 1. 稳定出光时激光器内诸参数的表达式 (5) 非均匀增宽型介质的增益系数随频率 而变 光波的频率为线型函数的中心频率 ，它只能使介质中速度为 的这部分粒子数密度反转分布值饱和。此时腔内的光强为I++I-，故介质对 的增益系数为： 若用平均光强2I来代替 ，则光波在腔中的平均增益系数可表示为： 若腔内各频率的光强都等于Is，则 以及 附近的 光波所获得的增益系数分别为： 若增益系数的阈值都相等，则 和 附近频率为 光波的平均光强分别为下值，且前者比后者要弱： 3.5.2 非均匀增宽型介质激光器的输出功率 2. 激光器的输出功率 若腔内只允许一个谐振频率，且 ，激光器在理想的情况下，仍有： 此时腔内的平均光