激光原理与技术：第四章.ppt

当存在辐射阻尼时，电子的运动方程改写为：由于阻尼力远小于恢复力，因此仍然可以用简谐振动解来描述该运动：可以求出方程的解为：其中γ为经典辐射阻尼系数：此时电偶极矩为：谐振子的电磁辐射对应于自发辐射；可将谐振子的自发辐射衰减时间定义为：则自发辐射的电场强度可以表示为：讨论此命题的物理背景:激光器中某一模式频率首先起振,成为强光；别的模式刚起振(弱光),强光模式对刚起振的弱光模式的影响3.在强光In1作用下的弱光n增益系数频率为n1,光强为In1强光,同时有一频率为n的弱光入射求强光对弱光增益系数的影响，即弱光增益系数会如何变化？由式4.5.5和4.5.7可得强光作用下的弱光增益系数强光不仅使自身增益系数下降,而且使弱光增益系数也以同一比例下降,其结果是整个增益曲线下降（为什么？增益线宽是否改变）§4.5非均匀加宽工作介质的增益系数求频率为n1的光在非线性介质中的增益系数思路:(1)Dn按表观中心频率分类(2)粒子发射中心频率为,线宽为的均匀加宽谱线设小信号时反转粒子数密度增益曲线1、非均匀加宽介质的增益系数粒子对频率n1光的增益贡献为dg(3)具有各种表观中心频率的全部粒子对增益贡献的总和洛仑兹线型阻尼系数(g)~自发辐射寿命(tr)~自发跃迁概率A21：g=A21=1/tr－碰撞线宽－(平均)碰撞时间(发生碰撞的平均时间间隔)2.碰撞加宽(CollisionBroadening)弹性碰撞:自发辐射波列相位发生突变,波列长度?非弹性碰撞:内能转移,等效激发态寿命?原子之间的无规“碰撞”造成的弹性碰撞：－压力、温度和碰撞截面加宽充气压??原子(分子)间碰撞次数??碰撞加宽宽度?CO2：a=49kHz/PaHe3:Ne20(7:1)a=720kHz/Paa-比例系数；P-压强非弹性碰撞：无辐射跃迁固体中激发态离子和晶格相互作用，离子内能转化为晶格热运动能量。等效于激发态寿命?谱线线型－均匀加宽洛仑兹线型谱线宽度3.晶格振动加宽由于晶格原子的热振动，镶嵌在晶体里的激活离子处在随时间变化的晶格场中,导致其能级的能量值在一定范围内发生变化从而引起谱线加宽晶格热振动对所有发光离子的影响是相同的,属均匀加宽。晶格振动加宽是固体工作物质主要均匀加宽因素4.均匀加宽－引起加宽的物理因素对每个原子都等同,每个发光原子都按整个线型发光均匀加宽线型函数：自然加宽碰撞加宽同时存在仍为洛仑兹函数二、非均匀加宽－不同的原子向不同的频段发射光气体中的多普勒加宽和固体物质中的晶格缺陷加宽1.多普勒加宽(DopplerBroadening)热运动的发光粒子发出的光存在多普勒频移造成加宽接收器光源n0Vz0Vz0n光学多普勒效应Vz0原子沿光传播方向运动；Vz0原子反光传播方向运动(朝接收器)(离开接收器)单色光波假想光源运动原子感受光波的接收器感受光波的运动原子vz假想光源n若Vz=0原子感受频率nn=n0时,共振相互作用最大沿z向运动n’=n(1-vz/c)n’=n0时,共振相互作用最大n’=n0受激辐射的多普勒效应（一维情况）速度为vz的运动原子与z向传播的光波相互作用时，原子表现出来的中心频率（表观中心频率）为Vz0运动原子与光传播方向相同Vz0运动原子与光传播方向反向zVzV1.原子数按Vz的分布－Maxwell分布多普勒加宽的线型函数:E2能级:E1能级:2.原子数按表观中心频率的分布()zKTmzzdeKTmndnzvvvv2/211122-÷???è?=p多普勒宽度高斯函数原子数按表观中心频率的分布函数Doppler加宽线型函数不考虑2.固体工作物质中的非均匀加宽晶体缺陷(位错,空位)造成晶格场不规则,晶体质量愈差,谱线愈宽,不能用确定函数表示,只能实验测量。掺有激活离子的玻璃工作物质，激活离子处于不等价的配位场中，导致非均匀加宽，如钕玻璃。?均匀加宽：每一个发光粒子（原子、离子、分