第1章激光產(chǎn)生的物理基礎(chǔ)laser

1、受激輻射占優(yōu)勢(shì)的條件－粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)的工作物質(zhì)稱為增益（或激活）介質(zhì)。粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布是產(chǎn)生激光的前提條件。如何實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布？Bolzman分布反轉(zhuǎn)分布

只有依靠外界向物質(zhì)提供能量（泵浦或稱激勵(lì)）才能打破熱平衡，實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)。粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布受激輻射占主導(dǎo)光放大2、激活介質(zhì)對(duì)光的增益與損耗增益系數(shù)：描述激光工作物質(zhì)放大特性的參數(shù)。激活介質(zhì)：指已經(jīng)處于粒子數(shù)反轉(zhuǎn)狀態(tài)的工作物質(zhì)。定義：光通過(guò)單位長(zhǎng)度激活介質(zhì)后光強(qiáng)增長(zhǎng)的百分?jǐn)?shù)。0z增益介質(zhì)I(z)I00zdz薄層當(dāng)不隨變化,是常數(shù)時(shí)，有：Dn(z)0z增益介質(zhì)I(z)I00zdz薄層凈STE光子數(shù)密度證明：

損耗系數(shù)a

激活介質(zhì)中不僅存在增益，還有損耗。損耗系數(shù)－單位長(zhǎng)度光強(qiáng)衰減的百分比。（負(fù)增益系數(shù)）G&a

并存的介質(zhì)中，光強(qiáng)的變化解微分方程并有dz薄層G&（1）平均單程損耗率定義：I0：初始光強(qiáng)，I1：往返一周后的光強(qiáng)。分類(lèi)：①選擇性損耗：損耗大小與橫模有關(guān)，如衍射損耗；②非選擇性損耗：損耗大小與橫模無(wú)關(guān)，如輸出損耗。3、無(wú)源腔損耗或證：計(jì)算：①衍射損耗：由于衍射作用反射鏡不能覆蓋衍射光而造成的損耗。L：腔長(zhǎng),：光波長(zhǎng),a：反射鏡半徑證：2a2(a+L)L設(shè)初始光強(qiáng)為I0則單程光強(qiáng)為：②輸出損耗：由于反射鏡透射光而造成的損耗。r1、r2:兩反射鏡的反射率T:半反鏡的透射率（r1=1,T=1-r2<0.05）或證：設(shè)初始光強(qiáng)為I0,則往返一周光強(qiáng)為I1=I0r1r2當(dāng)T<0.05（2）光子在腔內(nèi)的平均壽命

在

t

時(shí)刻時(shí)，往返次數(shù)

t

時(shí)刻的光強(qiáng)物理意義:腔的時(shí)間常數(shù)設(shè)初始光強(qiáng)Io，在腔內(nèi)往返m次后，光強(qiáng)為Im，則

定義：腔內(nèi)光強(qiáng)從初始值衰減到它的1/e所用時(shí)間。腔內(nèi)光子平均壽命t~t+dt時(shí)間內(nèi)減少的光子數(shù)密度因?yàn)椋?dN）個(gè)光子的壽命均為t，即在0～t這段時(shí)間內(nèi)它們存在于腔內(nèi)，而再經(jīng)過(guò)無(wú)限小的時(shí)間間隔dt后，它們就不在腔內(nèi)了。諧振腔損耗越小，腔內(nèi)光子平均壽命越長(zhǎng)；腔內(nèi)有增益介質(zhì)，使諧振腔凈損耗減小，光子壽命變長(zhǎng)。注意4、自激振蕩條件－激光振蕩條件r2Indexofrefraction:hmediumlength：Lr1I0I1－閾值條件如何使有限長(zhǎng)增益介質(zhì)成為“無(wú)限長(zhǎng)”光放大器

沿著腔軸的光在腔內(nèi)多次往返等效無(wú)限長(zhǎng)放大器－單程損耗，即單程渡越時(shí)腔內(nèi)平均光強(qiáng)衰減的比值閾值條件閾值(自激振蕩)條件是激光產(chǎn)生的必要條件，唯一地由激光器的損耗決定；損耗是評(píng)價(jià)激光器的重要指標(biāo)。=d－激光腔內(nèi)的平均損耗系數(shù)，包括激活介質(zhì)、諧振腔及其它損耗。

（1）粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分