光电测试技术激光原理和技术PPT.ppt

式中， 为由激活物质的性质决定的饱和光强， 为光强为零时单位体积内的初始粒子反转数差值。应用式（1-64），我们可将（1-62）改写为 （1-65） 或 （1-66） 式中 =G（I=0）为小信号增益系数。如果在光放大器中光强始终满足条件I ，则增益系数G（I）= 为常数，且不随z变化，这就是式（1-63）表示的小信号情况。在条件I 不满足时，式（1-66）表示的G(I)称为大（饱和）信号增益系数。 增益系数也是光波频率的函数，一般应表示为 .这是由于能级 和 各种原因总有一定的宽度，所以在中心频率 附近一个小范围内受激跃迁发生。对于均匀加宽物质，当频率为 ，光强为 的准单色光入射时，其小信号增益系数和饱和增益系数分别为 （1-67） （1-68） 式中， 为中心频率处的小信号的增益系数； 为增益曲线的宽度。对于非均匀加宽物质，当频率为 ，光强为 的准单色光入射时，其小信号增益系数和饱和增益系数分别为 （1-69） （1-70） 式中， 为中心频率处的小信号的增益系数； 为增益曲线的宽度。两种加宽机制的增益系数曲线型分别如图1-9（a）、（b）所示。 4.光的自激振荡 通常所说的激光器都指光自激振荡器。在光放大的同时，通常还存在着光的损耗，我们可以引入光损耗系数 来描述。 定义为光通过单位距离后光强衰减的百分数，即 （1-71） 同时考虑增益和损耗，则有 （1-72） 假设有极其微弱的光（光强 ）进入一无限长的放大器。开始光强I（z）将按小信号放大规律 增长，但随光强的增加，G(I)将由于饱和效应而按式（1-66）减小，因而光强的增长将逐渐变缓。 当G(I)= 时，光强不再增加并达到一稳定的极值 （见图1-10）。根据条件G(I)= ，可求得 为 （1-73） 可见， 只与放大器本身的参数有关，而与初始光强 无关 一个激光器能产生自激振荡模的条件，即任意小的初始光强 都能形成确定大小的腔内光强 的条件，可由式（1-73）求得 即 （1-74） 这就是激光器的振荡条件。式中， 为小信号增益系数；为包括放大器损耗和谐振腔损耗在内的平均损耗系数。 当时 ，称为阈值振荡情况，这是腔内光强维持在初始光强 的极其微弱水平上。当 时，腔内光强就 增加，并且 正比于 。可见增益和损耗是激光器是否振荡的决定因素。 振荡条件式（1-74）也可以表示为另一种形式。设工作物质长度为 ，光腔长度为L，令 为光腔的单程损耗，振