激光原理與應(yīng)用電子課件24

1、 2.4.1 介質(zhì)在小信號時(shí)的粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布值1.在系統(tǒng)到達(dá)動(dòng)平衡時(shí)，對非均勻增寬介質(zhì)仍有：2.由于介質(zhì)內(nèi)的粒子在作紊亂的熱運(yùn)動(dòng)，粒子運(yùn)動(dòng)的速度沿腔軸方向的分量滿足麥克斯韋速度分布律 (小信號情況下)E2能級上的粒子中速度在 之間的粒子數(shù)密度為 E1能級上的粒子中速度在 之間的粒子數(shù)密度為 若E2、E1能級的簡并度相等，速度在 間的粒子數(shù)密度反轉(zhuǎn)分布值為 在E2、E1能級間各種速度的粒子數(shù)密度反轉(zhuǎn)分布值之和為 2.4.1 介質(zhì)在小信號時(shí)的粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布值3.在非均勻增寬型介質(zhì)中，單位速度間隔內(nèi)粒子數(shù)密度反轉(zhuǎn)分布值隨速度的分布情況如圖(2-10)所示。 和 的關(guān)系為： 圖(2-10) 曲線 4.

2、在E1、E2能級間躍遷的粒子輻射的光波也是中心頻率為 的自然增寬型函數(shù)。但由于多普勒效應(yīng)，在正對著粒子運(yùn)動(dòng)（運(yùn)動(dòng)速度為 ）的方向上接受到的光波的線型函數(shù)變?yōu)橹行念l率為 的自然增寬型函數(shù)了。介質(zhì)中能夠輻射中心頻率為 光波的粒子數(shù)密度反轉(zhuǎn)分布值為 能夠輻射以 為中心頻率的單位頻率間隔內(nèi)的粒子數(shù)密度反轉(zhuǎn)分布值為 2.4.2 非均勻增寬介質(zhì)在小信號時(shí)的增益系數(shù)1.頻率為 粒子數(shù)密度反轉(zhuǎn)分布對小訊號增益系數(shù)的貢獻(xiàn)，就象均勻增寬型介質(zhì)的 對 的貢獻(xiàn)那樣2.介質(zhì)的小訊號增益系數(shù)是介質(zhì)中各種速度的粒子數(shù)密度反轉(zhuǎn)分布的貢獻(xiàn)之和，故有 圖(2-11) 非均勻增寬型介質(zhì)的小信號增益的計(jì)算 3.可以求得中心頻率處的小

3、訊號增益系數(shù) ，它與線寬 成反比 2.4.3 非均勻增寬介質(zhì)穩(wěn)態(tài)粒子數(shù)密度反轉(zhuǎn)分布1.當(dāng)頻率為 、光強(qiáng)為I的光波在其中傳播時(shí)，對中心頻率為 的粒子來說2.當(dāng)頻率為 、光強(qiáng)為I的光波在其中傳播時(shí)，對中心頻率為 附近單位頻率間隔內(nèi)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布值 的飽和效應(yīng)規(guī)律為： 光波對頻率為 的粒子數(shù)密度反轉(zhuǎn)分布的飽和作用已很弱。 2.4.3 非均勻增寬介質(zhì)穩(wěn)態(tài)粒子數(shù)密度反轉(zhuǎn)分布3.圖(2-12)描繪了 光波對頻率為 的粒子數(shù)密度反轉(zhuǎn)分布的飽和作用以及起作用的頻率范圍。 通常稱上述現(xiàn)象為粒子數(shù)密度反轉(zhuǎn)分布值的“燒孔”效應(yīng)。大致說來，燒孔面積的大小與受激輻射功率成正比。 圖(2-12) 非均勻增寬型粒子數(shù)密度反

4、轉(zhuǎn)分布的飽和作用4.頻率為 強(qiáng)度為I 的光波僅使圍繞中心頻率 、寬度為 范圍內(nèi)的粒子有飽和作用，因此在 曲線上形成一個(gè)以 為中心的凹陷，習(xí)慣上把它叫做孔 孔的深度為 孔的寬度為孔的面積為 2.4.4 非均勻增寬介質(zhì)穩(wěn)態(tài)情況下的增益飽和1.在非均勻增寬型介質(zhì)中，頻率為 、強(qiáng)度為I 的光波只在附近寬度約為 的范圍內(nèi)有增益飽和作用，如圖(2-13)所示 2.增益系數(shù)在 處下降的現(xiàn)象稱為增益系數(shù)的“燒孔”效應(yīng)?？椎闹行念l率仍是光頻 ，孔寬仍為： 只是孔的深度淺了一點(diǎn)。 圖(2-13) 非均勻增寬型增益飽和曲線3.在頻率為 、強(qiáng)度為I 的光波作用下，可以計(jì)算出介質(zhì)的增益系數(shù):4.從上面的分析可以看出，光波I使非均勻增寬型介質(zhì)發(fā)生增益飽和的速率要比均勻增寬型介質(zhì)緩慢。5.從上面的分析可以看出，光波I使均勻增寬型介質(zhì)對各種頻率的光波的增益系數(shù)都下降同樣的倍數(shù)；而對非均勻增寬型介質(zhì)它只能引起某個(gè)范圍內(nèi)的光波的增益系數(shù)下降，并且下降的倍數(shù)不同。 2.4.4 非均勻增寬介質(zhì)穩(wěn)態(tài)情況下的增益飽和圖(2-14) 非均勻增寬型激光器中的增益飽和6.對于多普勒增寬來講，光波I使頻率為 （即速度為 ）附近的粒子數(shù)密度反轉(zhuǎn)分布飽和；同樣沿負(fù)軸傳播的光波I