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激光器的振蕩第1頁,課件共12頁,創(chuàng)作于2023年2月(一)均勻加寬激光器中的模競爭1增益曲線均勻飽和引起的自選模作用Q: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,且小信號增益系數(shù)g0()都大于gt,這些模式是否都能維持穩(wěn)態(tài)振蕩?
Modecompetition第2頁,課件共12頁,創(chuàng)作于2023年2月均勻加寬激光器中建立穩(wěn)態(tài)振蕩過程中的模競爭第3頁,課件共12頁,創(chuàng)作于2023年2月結論:在均勻加寬激光器中,幾個滿足閾值條件的縱模在振蕩過程中互相競爭,結果總是靠近中心頻率0的一個縱模得勝,形成穩(wěn)定振蕩,其它縱模都被抑制而熄滅。理想情況下,均勻加寬穩(wěn)態(tài)激光器的輸出應是單縱模的,其頻率總是落在譜線中心附近。(Theidealhomogeneouslybroadenedlasercanoscillateonlyatasinglefrequency.)第4頁,課件共12頁,創(chuàng)作于2023年2月頻率為的縱模在腔內形成穩(wěn)定振蕩時,腔內形成一個駐波場,波腹處光強最大,波節(jié)處光強最小,使軸向各點的反轉集居數(shù)密度和增益系數(shù)不同,波腹處增益系數(shù)(反轉集居數(shù)密度)最小,波節(jié)處增益系數(shù)(反轉集居數(shù)密度)最大,這種現(xiàn)象稱為增益的空間燒孔效應
(spatialholeburning)。2空間燒孔引起多模振蕩第5頁,課件共12頁,創(chuàng)作于2023年2月q模腔內光強分布只有q模存在時的反轉集居數(shù)密度的分布q'模腔內光強分布圖第6頁,課件共12頁,創(chuàng)作于2023年2月由于軸向空間燒孔效應,不同縱??梢允褂貌煌臻g的激活粒子而同時產生振蕩,這一現(xiàn)象稱為縱模的空間競爭。如果激活粒子的空間轉移很迅速,空間燒孔便無法形成。氣體工作物質中,粒子作無規(guī)則熱運動,迅速的熱運動消除了空間燒孔,以均勻加寬為主的高氣壓激光器可獲得單縱模振蕩。第7頁,課件共12頁,創(chuàng)作于2023年2月固體工作物質中,激活粒子被束縛在晶格上,借助粒子和晶格的能量交換形成激發(fā)態(tài)粒子的空間轉移,激發(fā)態(tài)粒子在空間轉移半個波長所需的時間遠遠大于激光形成所需的時間,所以空間燒孔不能消除。以均勻加寬為主的固體激光器一般為多縱模振蕩。怎樣消除?采用含光隔離器的環(huán)形行波腔由于橫截面上光場分布的不均勻性,存在橫向的空間燒孔。不同橫模的光場分布不同,它們分別使用不同空間的激活粒子,當光強足夠強時,可形成多橫模振蕩。第8頁,課件共12頁,創(chuàng)作于2023年2月(二)非均勻加寬激光器的多縱模振蕩由于某一縱模光強的增加,并不會使整個增益曲線均勻下降,而只是在增益曲線上造成對稱的兩個燒孔,只要縱模間隔足夠大,各縱模基本上互不關心,所有小信號增益系數(shù)大于gt的縱模都能穩(wěn)定振蕩。第9頁,課件共12頁,創(chuàng)作于2023年2月第10頁,課件共12頁,創(chuàng)作于2023年2月在非均勻加寬激光器中也存在模競爭現(xiàn)象。當q=0時,q-1及q+1模形成的兩個燒孔重合,它們共用同一種表觀中心頻率的激活粒子,存在模競爭,輸出功率有無規(guī)起伏。當相鄰縱模所形成的燒孔重疊時,相鄰縱模因共用一部分激活粒子而相互競爭。什么情況下燒孔重疊?q=?,=?第11頁,課件共12頁,創(chuàng)作于2023年2月均勻加寬激光器1、增益曲線均勻飽和引起模式競爭,導致理想情況下,輸出應是單縱模的2、增益的空間燒孔引起縱模的空間競爭導致多模振蕩(氣體、固
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