新激光第一章 激光的基本原理及其特性_第1頁
新激光第一章 激光的基本原理及其特性_第2頁
新激光第一章 激光的基本原理及其特性_第3頁
新激光第一章 激光的基本原理及其特性_第4頁
新激光第一章 激光的基本原理及其特性_第5頁
已閱讀5頁,還剩23頁未讀, 繼續(xù)免費閱讀

下載本文檔

版權說明:本文檔由用戶提供并上傳,收益歸屬內(nèi)容提供方,若內(nèi)容存在侵權,請進行舉報或認領

文檔簡介

1.9連續(xù)與脈沖激光一、固體三能級系統(tǒng)速率方程組1.能級2.躍遷過程(1)在激勵泵源的作用下,基態(tài)E1上的粒子被抽運到能級E3上,抽運幾率設為W13.在光激勵情況下,W13即為受激吸收躍遷幾率.對于其他激勵方式,則W13只表示粒子在單位時間內(nèi)被抽運到E3的幾率。(2)到達高能級E3的粒子數(shù)將主要以無輻射躍遷(熱弛豫)的形式極為迅速地轉(zhuǎn)移到激光上能級E2,其幾率設為S32.另外,n3也能以自發(fā)輻射(幾率A31)無輻射躍遷(幾率S31)等方式返回基態(tài)E1,但對于一般激光工作物質(zhì)來說,這種消激勵過程的幾率很小,即S31<<S32,A31<<S32.(3)激光上能級E2一般都是亞穩(wěn)能級,在未形成集居數(shù)反轉(zhuǎn)之前,粒子將主要以自發(fā)躍遷(幾率A21)形式返回E1,并且A21較小,即粒子在E2上的壽命較長。另外,n2粒子也可能通過無輻射躍遷(幾率S21)返回E1,一般情況下S21<<A21,由于A21較小,如果粒子抽運到E2上的速率足夠高,就有可能形成集居數(shù)反轉(zhuǎn)狀態(tài)(即n2>f2n1/f1).一旦出現(xiàn)這種情況,則在E2和E1間的受激輻射和吸收躍遷(W21和W12)將占絕對優(yōu)。紅寶石在室溫下的一些躍遷幾率數(shù)據(jù)為:S32≈0.5×107s-l,A31≈3×105s-1,A21≈0.3×103s-1,S21,S31≈0.3.速率方程三能級系統(tǒng)激光工作物質(zhì)的典型例子是紅寶石晶體。激光器光腔內(nèi)的光子數(shù)密度(單位體積內(nèi)的光子數(shù))如何隨時間的變化呢?設腔內(nèi)只存在一個模式,其光子壽命為τρ,則光子數(shù)密度的增長率三能級系統(tǒng)速率方程組式中為E3→E2的量子效率為E2上粒子壽命二、速率方程的解激光器的工作方式是由什么決定的呢?----主要由外抽運速率W13的時間行為決定的.0≤t≤∞W13≠0脈沖W13=W00≤t≤t00t為其它值連續(xù)單脈沖重頻脈沖W13=W0ti≤t≤ti+T0t為其它值求解方程時由于E3→E2無輻射躍遷極快,設激光器工作在閾值附近≈0可見,t=t0時獲得最大值t>t0時W13=0三、激光器的工作狀態(tài)1.短脈沖運轉(zhuǎn)設τ2為E2能級上粒子壽命t0<τ2t00tW13(t)W0t00tn2(t)n2(t0)t>t0時t<t0時t=t0時最大重頻脈沖t00tW13(t)W0t00tn2(t)n2(t0)TT+t0TT+t02.長脈沖和連續(xù)運轉(zhuǎn)若t0>>τ2,則當t增至t1,以至于τ2<<t1<

t0t00tW13(t)W00tn2(t)n2(t0)t0τ2τ2<<t1<

t0常數(shù)t1>t0t0→∞連續(xù)1.10粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布條件一、穩(wěn)態(tài)工作情況穩(wěn)態(tài)時A31<<S32S21<<A21∴實現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)的條件為二、瞬態(tài)工作情況若A31<<S32S21<<A21則∴實現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)的條件為1.11激光放大的閾值條件一、閾值增益系數(shù)和粒子數(shù)設腔的單程總損耗率為設光強為I0的光在腔內(nèi)往返一周后變?yōu)镮可得閾值增益條件為不同縱模有近似相等的Gth,不同橫模有不同的Gth,高階橫模比低階橫模有較大的Gth∵E2能級的閾值粒子數(shù)密度二、連續(xù)/長脈沖光泵閾值功率t>>τ2,N1、N2均達穩(wěn)態(tài)這就是連續(xù)/長脈沖光泵閾值條件穩(wěn)態(tài)時光泵功率三、短脈沖工作t0<<τ2短脈沖下,工作物質(zhì)在每個脈沖內(nèi)吸收光泵能量1.12均勻加寬激光器的模競爭和頻率牽引一、均勻加寬激光器中的模競爭1.穩(wěn)態(tài)工作的增益曲線GthG穩(wěn)態(tài)2.模競爭由于飽和效應,增益曲線將隨光強的上升而不斷下降。如果有多個模式的諧振頻率落在均勻加寬增益曲線范圍內(nèi),且其小信號增益系數(shù)G0(ν)均大于Gth那么,這些模式是否都能維持穩(wěn)態(tài)振蕩呢?設有頻率為νq-1、νq和νq+1的三個模式GGth開始時,對這三個模式來說,小信號增益系數(shù)都大于Gth,因而I(νq-1)、I(νq)、I(νq+1)都逐漸上升。GGth當增益曲線下降到A時,不再增加.當增益曲線下降到B時,增益曲線0不再增加.增益曲線0最后增益曲線下降到C時,達到穩(wěn)定二、頻率牽引1.無源腔和有源腔激光腔內(nèi)工作物質(zhì)增益為0的腔就為無源腔,激光腔內(nèi)工作物質(zhì)增益恒大于0的腔就為有源腔.2.色散現(xiàn)象激光工作物質(zhì)在增益(或吸收)曲線中心頻率ν。附近呈現(xiàn)強烈的色散,即折射率隨頻率而急劇變化。色散隨工作物質(zhì)增益系數(shù)的增高而增大。增益系數(shù)為零時,折射率為常數(shù),記為η0。增益系數(shù)不為零時,折射率是頻率的函數(shù),記為η(ν)。無源腔中有源腔中3.頻率牽引對于均勻加寬工作物質(zhì)穩(wěn)態(tài)條件下令為無源腔線寬討論在有源腔中,由于增益物質(zhì)的色散,使縱模頻率比無源腔同序數(shù)縱模頻率更靠近工作物質(zhì)的中心頻率,這種現(xiàn)象叫做頻率牽引.頻率牽引定義:1.13激光的輸出特性一、均勻加寬連續(xù)激光器的輸出功率只要,直到穩(wěn)態(tài)對于均勻加寬激光器在駐波腔內(nèi)對輸出有貢獻的只有I+,設A為激光束的有效橫截面積I+I-TPIPT有一最佳值則此時二、脈沖激光器的輸出能量若則IN2若則I迅速衰減至熄滅.E2能級剩余的N2thV個粒子以較慢的速度自發(fā)輻射回基態(tài).所以,對激光能量有貢獻的上能級粒子數(shù)為所以,腔內(nèi)能量為輸出能量為1.14激光器的泵浦技術一、直接泵浦E2E1E3二、間接泵浦自上而下泵浦轉(zhuǎn)移激光橫向轉(zhuǎn)移HeNeEiElEu基態(tài)

溫馨提示

  • 1. 本站所有資源如無特殊說明,都需要本地電腦安裝OFFICE2007和PDF閱讀器。圖紙軟件為CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.壓縮文件請下載最新的WinRAR軟件解壓。
  • 2. 本站的文檔不包含任何第三方提供的附件圖紙等,如果需要附件,請聯(lián)系上傳者。文件的所有權益歸上傳用戶所有。
  • 3. 本站RAR壓縮包中若帶圖紙,網(wǎng)頁內(nèi)容里面會有圖紙預覽,若沒有圖紙預覽就沒有圖紙。
  • 4. 未經(jīng)權益所有人同意不得將文件中的內(nèi)容挪作商業(yè)或盈利用途。
  • 5. 人人文庫網(wǎng)僅提供信息存儲空間,僅對用戶上傳內(nèi)容的表現(xiàn)方式做保護處理,對用戶上傳分享的文檔內(nèi)容本身不做任何修改或編輯,并不能對任何下載內(nèi)容負責。
  • 6. 下載文件中如有侵權或不適當內(nèi)容,請與我們聯(lián)系,我們立即糾正。
  • 7. 本站不保證下載資源的準確性、安全性和完整性, 同時也不承擔用戶因使用這些下載資源對自己和他人造成任何形式的傷害或損失。

評論

0/150

提交評論