光电子 第二章全部.ppt

小信号时 与2-2-15式一致 大信号时 (1)非均匀加宽饱和作用比均匀加宽弱一些。 （2)非均匀加宽大信号增益曲线均匀下降，下降后的曲线线宽不变，而均匀加宽大信号增益曲线则是非均匀下降，下降后曲线线宽加大。 在增益曲线上也会出现烧孔效应； 在与外来光频率对应的增益曲线上一个小范围内 由于粒子数饱和引起增益的饱和， 从而使曲线出现凹陷。 非均匀增宽型增益饱和曲线 非均匀加宽增益在强光入射下， 对弱光的增益的特点 非均匀加宽增益饱和的特点 非均匀增宽型增益饱和曲线 1.在非均匀增宽型介质中，频率为 、强度为I 的光波只在附近宽度约为 的范围内有增益饱和作用。 2.增益系数在 处下降的现象称为增益系数的“烧孔”效应。孔的中心频率仍是光频 ，孔宽仍为： 只是孔的深度浅了一点。 多普勒加宽气体激光器中的烧孔效应 运动原子与光相互作用时表现出的中心频率 频率?1=?0’的光波引起受激辐射的粒子的运动速度 相反方向传播的频率?1=?0’的光波引起受激辐射的粒子的运动速度 频率为?2的光波引起的受激辐射粒子的运动速度 ?1与 ?2的关系 ?1与 ?2的增益是由同一部分粒子产生的。 在增益曲线上烧了两个均匀分布在?0两侧的孔。 成因： 同一频率的光有两个传播方向； 有速度大小相等、方向相反的粒子。 几个常用专业词汇的英文对照 自发发射：Spontaneous emission 受激发射：Stimulated emission 受激吸收：Stimulated absorption 跃迁：Transit 基态：Ground states 激发态：Excited states 亚稳态能级：Metastable levels 线型函数：Lineshape Function 线宽：Line Width 均匀加宽: Homogeneous broanening 非均匀加宽：Inhomogeneous broanening 粒子数反转：Population inversion 增益饱和：Gain saturation 几个常用专业词汇的英文对照 * 如何定量的去描述光的吸收和放大？吸收系数和增益系数。 * 吸收系数也可以用增益系数来代替，这是增益取负值，表示负吸收，可称为负吸收系数。 * 截面就是横截面积。 * 第二个公式中的波长下角标应该为0。 * 增益正比于反转粒子数。 * 增益不是随光强增加而增加，因为增益不是和光强成正比，而是和光强的增量成正比。 * 反转粒子数主要取决于公式里入射光频率与中心频率的差值以及光强两个变量，差值很大时反转粒子数趋近于小信号反转粒子数。 介质的增益系数 通常取?0、?0，因为谱线宽度相对于中心波长很小，?和 ?的变化比g(?)的变化小很多。 两种加宽谱线的小信号增益 （1）均匀加宽谱线 洛伦兹型 增益曲线的极大值 小信号情况下 均匀加宽工作物质的小信号增益 （2）非均匀加宽谱线 高斯型 非均匀加宽的小信号增益 影响增益系数的各种因素 小信号增益情况下的粒子数反转： 由于G（ν）正比于反转粒子数密度，因而激活介质中反转粒子数越多，光增益越强； ?n=?n0 1. 激光上能级E2的寿命要长,使该能级上的粒子不能轻易地通过非受激辐射而离开; 2. 激光下能级E1的寿命要短,使该能级上的粒子很快地衰减; 3. 选择合适的激励能源,使它对介质的E2能级的抽运速率R2愈大愈好,而E1能级的抽运速率R1愈小愈好. 即满足条件 实现小信号增益（粒子数反转）的物理条件 由于n2-n1g2/g1与ν无关，因而G（ν）正比于g(ν),即增益系数分布曲线与线型函数g(ν)的形状相似。 若ν等于E1与E2两能级间跃迁辐射谱线中心频率ν0，对于洛伦兹型函数 增益系数与谱线宽度成反比 四能级系统，下能级不是基态，粒子数近似为零，只要有一定的激发，就能出现粒子数反转而产生增益。 §2－3 介质中的增益饱和与烧孔效应 增益饱和： 当光强增大到一定程度，G值将随I的增大而下降。 产生增益饱和现象的物理机制： 由于受激辐射几率与入射光强成正比，当光强足够大时，强烈的受激辐射将使反转粒子数减少，因而使增益系数随光强增大而下降。 一、反转粒子数的饱和 定义：反转粒子数Δn随光强增加而减小的现象。 1 均匀加宽情况 饱和光强Is:具有光强的量纲。 Is的物理意义： 当入射光强I很小时（IIs)，Δn与光强无关； 当入射光强与Is相比拟时，受激辐射造成的上能级 粒子数衰减率可以与其它弛豫过程相比拟,受激辐射对反转粒子数密度的影响不可忽略； 当入射光强与Is相比拟时，Δn随光强增加而减小。 Is的数值决定于增益介质的性质，它可以由实验测定，或由经验公式确定。 不同频率的入射