激光產(chǎn)生的充分條件

激光產(chǎn)生的充分條件第1頁，共24頁，2023年，2月20日，星期一二、飽和光強Is的計算一個通過泵浦實現(xiàn)了粒子數(shù)反轉的二能級系統(tǒng)，當光在此增益介質(zhì)傳播時，上能級粒子數(shù)變化率達到穩(wěn)態(tài)時第2頁，共24頁，2023年，2月20日，星期一小信號情況時，隨著I,Nu飽和光強Nu減小至小信號值的1/2時的光強。式中叫做受激輻射截面第3頁，共24頁，2023年，2月20日，星期一三、產(chǎn)生激光的充分條件如果在增益介質(zhì)的有效長度內(nèi)，光強可以從微小信號增長到飽和光強，那么對產(chǎn)生激光來說就是充分的。說明1.Is有一定的任意性。2.達到Is后，Is仍在增長，但增長速度大為衰減。例：如圖，請估算滿足充分條件的工作物質(zhì)長度LlAda面積設介質(zhì)已實現(xiàn)足夠大的粒子數(shù)反轉第4頁，共24頁，2023年，2月20日，星期一LlAda如圖，在l區(qū)域內(nèi)，單位時間由自發(fā)輻射產(chǎn)生的總輻射能為到達介質(zhì)另端的能量與總能量之比為到達介質(zhì)另端的能量為第5頁，共24頁，2023年，2月20日，星期一令即：關于L的超越方程第6頁，共24頁，2023年，2月20日，星期一討論1.已知L和da時,就可求出滿足充分條件的G.2.通過對已知G的比較,就可判斷是否滿足充分條件.3.已知L和G時,就可求出滿足充分條件da的.4.可判斷已知的da是否滿足充分條件.5.已知G和da時,則只有用作圖法才能求解L或判斷L.例題1已知：G=100m-1，L=0.08m求：滿足充分條件的da解：第7頁，共24頁，2023年，2月20日，星期一例題2已知：Nd:YAG激光材料增益系數(shù)G=10m-1，材料長度L=0.5m，da=0.1m求：小信號單次通過該介質(zhì)光強可否達到飽和？解：不能達到飽和第8頁，共24頁，2023年，2月20日，星期一1.4譜線加寬一、概述1.譜線寬度上能級寬度:下能級寬度:EuMEu0EumElMEl0Elm中心頻:上邊頻:下邊頻:第9頁，共24頁，2023年，2月20日，星期一譜線寬度:2.線型函數(shù)定義:設輻射光強I中頻率處于ν～ν+dν的部分為I(ν)dν,則線型函數(shù)定義為線型函數(shù)滿足歸一化條件第10頁，共24頁，2023年，2月20日，星期一3.種類譜線加寬非均勻加寬均勻加寬綜合加寬二、均勻加寬1.定義引起加寬的物理因素對每個原子都是相同的,這種加寬就是均勻加寬.2.種類碰撞加寬、自然加寬、晶格振動加寬3.線型函數(shù)譜線寬度第11頁，共24頁，2023年，2月20日，星期一4.自然加寬由測不準關系確定的加寬就是自然加寬.線型函數(shù)5.碰撞加寬τ1加寬、τ2加寬6.總的均勻加寬第12頁，共24頁，2023年，2月20日，星期一三、非均勻加寬1.定義原子系統(tǒng)中不同原子或原子群對譜線的不同部分有貢獻,這類加寬就是非均勻加寬.2.種類多普勒加寬、非晶態(tài)加寬3.多普勒加寬多普勒效應第13頁，共24頁，2023年，2月20日，星期一多普勒加寬線型函數(shù)式中原子量4.多普勒加寬和自然加寬的關系第14頁，共24頁，2023年，2月20日，星期一1.5譜線加寬下的增益系數(shù)對于均勻增寬介質(zhì)：由線型函數(shù)定義可以認為線型函數(shù)是躍遷幾率按頻率的分布函數(shù)。對于多普勒加寬介質(zhì)：第15頁，共24頁，2023年，2月20日，星期一當時，即在中心頻率處獲得最大值1.6激光器的速率方程一、速率方程的建立1.

實現(xiàn)上下能級之間粒子數(shù)反轉產(chǎn)生激光的物理過程：三能級和四能級系統(tǒng)，為簡化問題，以二能級系統(tǒng)為例。第16頁，共24頁，2023年，2月20日，星期一以Ａl代表能級l的馳豫衰減WuWlAulBul(ν)I/cBlu(ν)I/cEuEl第17頁，共24頁，2023年，2月20日，星期一二、速率方程的穩(wěn)態(tài)解穩(wěn)態(tài)時小信號時（1）（2）（3）（4）第18頁，共24頁，2023年，2月20日，星期一（1）+（2）得可見，下能級粒子數(shù)密度不隨光強而改變！由（1）得設由飽和光強定義第19頁，共24頁，2023年，2月20日，星期一三、反轉粒子數(shù)及增益飽和1.反轉粒子數(shù)密度顯然，I=Is時，2.增益系數(shù)將代入第20頁，共24頁，2023年，2月20日，星期一小信號增益系數(shù)可見，I=Is時，飽和條件下的增益系數(shù)為小信號時的一半3.增益系數(shù)G(ν)、中心頻率處增益系數(shù)G(ν0)、小信號增益系數(shù)G0(ν)及小信號中心頻率處增益系數(shù)G0(ν0)的關系第21頁，共24頁，2023年，2月20日，星期一均勻加寬第22頁，共24頁，2023年，2月20日，星期一多普勒加寬第23頁，共24頁，2023年，2月20日，星期一作業(yè)1.(1)一質(zhì)地均勻的材料對光的吸收為0.01mm-1、光通過10cm長的該材料后，出射光強為入射光強的百分之幾？（2）一光束通過長度為1m的均勻激活工作物質(zhì)，如果出射光強為入射光強的2倍，求該