第五章-4 弛豫振荡、牵引、色散.ppt

一般固体脉冲激光器所输出的并不是一个平滑的光脉冲，而是宽度只有微秒数量级的短脉冲序列，即所谓的“尖峰”序列。激励越强，短脉冲之间的时间间隔越小。这种现象称作弛豫振荡效应或尖峰振荡效应。;;腔内光子数密度及反转集居数密度随时间的变化; 在脉冲泵浦源的作用下，反转集居数密度和腔内光子数密度处于剧烈的变化之中。当 ，开始产生激光，受激辐射将使腔内光子数急剧增加并达到极值。与此同时又消耗了大量高能级粒子，致使 ，由于腔内增益小于损耗，光子数减少而形成一个尖峰。这种过程在脉冲泵浦持续作用时间内反复出现，构成一个尖峰脉冲序列。泵浦功率越大，尖峰形成越快，尖峰的时间间隔越小。; 尖峰序列是向稳态振荡过渡的弛豫过程的产物。如果脉冲激励持续时间较短，输出具有尖峰序列；而在连续激光工作器件中，则可得到稳定输出。 激励越强(W03越大) ，则阻尼振荡频率越高，即尖峰时间间隔越小，衰减越迅速;激光的建立过程是建立新的平衡的过程，在任何一个新平衡状态的建立过程中，都存在程度不同的驰豫振荡。即使是连续运转的激光器，其稳定状态建立的过程就是一种驰豫振荡的过程，在一般情况下，我们并不关心稳态建立的过程，只是作为一种瞬态噪声处理。;5.5 单模激光器的线宽极限;自然界不可能存在绝对的单色光，实际的单纵模激光器的线宽也不会等于零。 在光子数密度方程中曾忽略了自发辐射，在讨论阈值及输出功率等问题时，因自发辐射比受激辐射的贡献微弱，忽略是可行的，但在考虑线宽问题时必须考虑自发辐射。 由于存在自发辐射，稳定振荡时的单程增益略小于单程损耗，有源腔的净损耗?s不等于零。;实际激光器中由于自发辐射的存在，使得激光器的输出功率包括受激辐射功率和自发辐射功率两部分：P0=Pst+Psp。由于Pst小于P0，稳态振荡时，受激过程的增益略小于损耗，其不足的部分由自发辐射补充。但自发辐射具有随机的相位，所以输出激光是一个略有衰减的有限长波列，因此具有一定的谱线宽度??s。这种线宽是由于自发辐射的存在而产生的，因而是无法排除的，所以称为线宽极限。;输出功???越大，线宽越窄。因为输出功率增大就意味着腔内相干光子数增多，受激辐射比自发辐射占更大优势，因而线宽变窄。 减小损耗和增加腔长也可使线宽变窄。;5.6 激光器的频率牵引;增益系数为零时，折射率为常数，记为?0。增益系数不为零时，折射率是频率的函数，记为 ，其中??(?)表示折射率随频率变化的部分。 ;如果工作物质具有非均匀加宽线型，即 从??H(?)和??i(?)的表达式中看出，当 时， ??(?)0；当 时，??(?)0。;（二）频率牵引(frequency pulling);当 时， ，因而 ； 当 时， ，因而 。 在有源腔中，由于增益物质的色散，使纵模频率比无源腔纵模更靠近中心频率，这种现象称为频率牵引。 均匀加宽和非均匀加宽的牵引量不同;增益曲线、色散曲线及谐振腔模谱