激光器的振蕩

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