现代光学基础jg52章节(1823KB).pptVIP

§5.2 速率方程 速率方程： 表征激光器腔内光子数和工作物质各有关能级上的原子数随时间变化的微分方程组 三能级系统（红宝石激光器） 四能级系统（YAG激光器） 3.1单模振荡速率方程组 1.三能级系统速率方程组 A31 S31 S32 A21 S21 W21 W12 E1 基态 E2 亚稳态 E3 （激光上能级） （激光下能级） （抽运高能级） W13 （1）E1与 E3 之间： ——泵浦源将基态 E1 上的粒子单位时间内抽运到 E3 上的几率 —— E3 能级粒子以自发辐射形式回到基态的跃迁几率 —— E3 能级粒子以无辐射形式回到基态的跃迁几率 （2）E2与 E3之间： —— 自发辐射跃迁几率 —— 非辐射跃迁几率 —— 受激吸收跃迁几率 —— 受激辐射跃迁几率 （3）E2与 E1之间： A31 S31 S32 A21 S21 W21 W12 E1 基态 E2 亚稳态 E3 （激光上能级） （激光下能级） （抽运高能级） W13 —— E3 的粒子以非辐射 形式转移到 E2 上的几率 × 各能级粒子数密度随时间而变化的方程组 单位体积激活介质内总粒子数 激光谐振腔内光子数密度随时间变化规律: A31 S31 S32 A21 S21 W21 W12 E1 基态 E2 亚稳态 E3 （激光上能级） （激光下能级） （抽运高能级） W13 三能级系统: × 将 代入上式 三能级系统速率方程组： 腔内损耗 发射截面 接收截面 2.四能级系统速率方程组 ——基态（抽运低能级） ——抽运高能级 ——激光上能级（亚稳态） ——激光下能级 特点： （1）热平衡状态下处于E1的粒子数很少，有利于形成集居数反转 （3） ——抽空速率（E1到基态E0的非辐射跃迁几率,n1≈0） A30 S30 S32 A21 S21 W21 W12 S10 E1 E2 E3 E0 W03 （2） × S30可忽略 四能级系统速率方程组： §3.3 均匀加宽工作物质的增益系数 3.3.1 增益系数 光波在激活介质中传播单位距离后光强的增加率。 小信号增益系数： （常数） 大信号增益系数： 反转集居数饱和 增益饱和 特点： 增益系数随频率的分布与谱线加宽线性函数有关。 增益系数： 反转集居数密度 若 则 ：介质对光具有放大作用 ：介质对光具有吸收作用 增益系数与反转集居数密度关系 增益系数与反转集居数密度关系 g∝Δn 一、反转集居数密度及其饱和 由速率方程组推导 饱和光强 小信号反转集居数密度 1. 小信号情况 2. 大信号情况 反转集居数饱和： 反转集居数随 的增强而减少 1/2 3. 与入射光频率的关系 频率 偏离中心频率越远，则饱和作用越弱 增益系数： #小信号情况： 二、增益饱和 光强, 增益饱和现象： 大信号情况下， 的值随 的增加而减少。 设有一频率为 ，强度为 的强光入射，同时还有一频率为 的弱光入射，弱光的增益系数将如何变化？ 强光入射 下降 弱光增益系数下降 2.均匀加宽时，强光对其它频率的弱光增益系数影响 均匀加宽情形下，某一频率的强光入射，使增益在整个谱线上均匀下降。 §3.4 非均匀加宽工作物质的增益系数 小信号增益系数： 大信号增益系数： 一、增益系数和饱和 增益饱和现象： 大信号情况下， 的值随 的增加而减少。 二、烧孔效应： 若用频率为　 线宽很窄的强激光入射非均匀加宽工作物质，则表观中心频率　　　　的反转粒子将受激辐射跃迁，消耗大量反转粒子数，具有该表观中心频率的那部分粒子数出现饱和，其它表观中心频率的粒子数不减少。若再用宽带激光入射，则在增益曲线上　　　　的位置将出现一个凹陷，这就是“烧孔”． g 1) 在烧孔范围内：弱光增益系数小于信号增益系数； 2) 在烧孔范围外：弱光增益系数等于信号增益系数。 若同时有频率为 的弱光入射，则： 2. 入射强光频率为 ，其使增益曲线产生相应的烧孔， 1. 四能级系统中受激辐射产生的光子数 ＝ 烧孔面积 注意： Doppler加宽气体激光器中烧孔效应： 在入射强光频率 处产生两个对称的烧孔。 Doppler加宽气体激光器中烧孔效应 与光发生共振相互作用，反转粒子数饱和的粒子： 速率 表观中心频率 饱和形成的烧孔频率 Doppler加宽气体激光器中烧孔效应 烧孔效应：产生两个相对中心频率对称的烧孔。 烧孔位于中心频率处，只有一个烧孔。 若， 大作业 1、均匀加宽激光器与非均匀加宽激光器有什么不同特点？ 2、均匀加宽激光器与非均匀加宽激光器的应用。