激光振蕩特性第1頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月w13A31S31S32A21S21w21w12E1E2E3泵浦效率熒光效率W13(t)w130t0t從泵浦→閾值附近(尚未形成自激振蕩),可忽略受激輻射躍遷過程第2頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月可解得當時,討論:

1.n2

經(jīng)歷的兩種變化過程

0<t<t0

激勵過程中n2

t>t0

泵浦脈沖撤除n2

n2(t0)t0tn2W13(t)w13t0t第3頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月4.t0>>t2(長脈沖泵浦)激勵時間足夠長3.t0<t2

短脈沖泵浦,時間極短光泵作用過程中,n2(t)

處于不斷增長的非穩(wěn)態(tài)2.t=t0

時n2

最大第4頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月連續(xù)激光器－穩(wěn)定工作狀態(tài)(穩(wěn)態(tài))

各能級粒子數(shù)及腔內(nèi)光子數(shù)密度達到穩(wěn)定狀態(tài)。速率方程代數(shù)方程脈沖激光器－非穩(wěn)定工作狀態(tài)(非穩(wěn)態(tài))

泵浦持續(xù)時間短,各能級粒子數(shù)及腔內(nèi)光子數(shù)密度處于劇烈的變化之中。根據(jù)泵浦持續(xù)時間t0

及激光上能級壽命t2對脈沖激光器細分n2

完成增長過程達到穩(wěn)定值,可按穩(wěn)態(tài)處理;n1也達到穩(wěn)定值

W13(t)w130t0ttn2第5頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月

短脈沖激光器(t0<t2)

未達到平衡,泵浦作用終止

非穩(wěn)態(tài),數(shù)值解

長脈沖激光器(t0>>t2)

泵浦作用時間較長，趨近穩(wěn)態(tài)

連續(xù)激光器可按穩(wěn)態(tài)處理

第6頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月§5.1激光器的振蕩閾值(OscillationThreshold)閾值反轉(zhuǎn)粒子數(shù)密度閾值增益系數(shù)閾值泵浦功率或能量（外部需提供的功率或能量）振蕩閾值(條件)－產(chǎn)生激光振蕩的最低限制條件增益介質(zhì)充滿腔內(nèi)I0，I1r1r2一.閾值反轉(zhuǎn)粒子數(shù)密度Dnt第7頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月速率方程方法閾值－情況LlhVaVR設腔內(nèi)A處處相等修正=＝閾值情況第8頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月不同模式(頻率)具有不同的發(fā)射截面,

值也不同閾值反轉(zhuǎn)粒子數(shù)密度n=n0時的閾值反轉(zhuǎn)粒子數(shù)密度中心頻率處閾值反轉(zhuǎn)粒子數(shù)最低閾值增益系數(shù)唯一地由單程損耗決定，當腔內(nèi)損耗一定時，閾值增益系數(shù)為一常數(shù)二、閾值增益系數(shù)gt起振條件：起振條件：第9頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月均勻加寬非均勻加寬*討論不同橫模的衍射損耗不同,gt不同高階橫模的閾值增益大于基模，即一般情況下：不同縱模具有相同的，閾值增益gt相同第10頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月三、連續(xù)激光器或長脈沖激光器的閾值泵浦功率

（Ppt

，t0>>t2）1.四能級系統(tǒng)（假定泵浦均勻）w03A30S32S21A21W21E3E2E1E0W12S10單位時間單位體積內(nèi)，

E2E1躍遷的粒子數(shù)要維持,需要

E3E2粒子的躍遷補充個粒子通過泵浦（吸收）E0E3或第11頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月－泵浦光子能量－總量子效率2.三能級系統(tǒng)分析方法與四能級系統(tǒng)類似，不同之處－三能級系統(tǒng)中，激光下能級為基態(tài)（E1）第12頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月對四能級系統(tǒng)：

要使n2=n2t,需吸收（泵浦）光子數(shù)

(n2t/1)當單位體積吸收的泵浦光子數(shù)>(n2t/1)就能產(chǎn)生激光短脈沖激光器長脈沖或連續(xù)激光器四能級三能級四、短脈沖（t0<<t2）激光器的閾值泵浦能量短脈沖激勵：忽略自發(fā)輻射(A21)及無輻射躍遷(S21)

只考慮泵浦激勵作用第13頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月討論:1.四能級系統(tǒng)激光器閾值低于三能級系統(tǒng),四能級n10,只需抽運Dnt粒子就可使

g>a形成振蕩,三能級n1為基態(tài),至少要抽運n/2粒子,且n/2>>Dnt

2.三能級系統(tǒng)激光器損耗對光泵閾值影響不大，而四能級系統(tǒng)閾值能量正比于光腔損耗3.Ppt,Ept

與工作物質(zhì)特性有關均勻加寬非均勻加寬四能級系統(tǒng)第14頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月4.

應保證腔內(nèi)各光學元件質(zhì)量,減小各種損耗，以減小泵浦閾值優(yōu)良激光工作物質(zhì)－熒光線寬較小(釹玻璃&YAG比較)四能級系統(tǒng)第15頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月

振蕩模式－滿足自激振蕩條件，在激光器中能形成穩(wěn)定振蕩輸出的模式。第二章從諧振腔(類型、結(jié)構(gòu)）出發(fā)討論腔內(nèi)可能存在的各種場分布及諧振頻率模式。一、均勻加寬激光器的振蕩模式

1.均勻加寬激光器中的模競爭及自選模作用§5.2激光器的振蕩模式(Oscillationmode)本節(jié)以激光工作物質(zhì)的增益特性為基礎，從增益飽和機制出發(fā)，討論激光器的輸出模式。第16頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月

滿足閾值條件的幾個模在振蕩過程中，由于增益飽和效應，別的模被抑制下去，唯獨剩下最靠近中心頻率的那個模，這種現(xiàn)象稱之為模競爭（modecompetition）第17頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月穩(wěn)態(tài)增益結(jié)論：無論起始時滿足振蕩條件有多少個縱模，理想情況下，均勻加寬穩(wěn)態(tài)激光器的輸出模式為單縱模。時，達到穩(wěn)態(tài)值

大信號增益＝閾值增益時為穩(wěn)態(tài)增益第18頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月T1=0T2=TI+I-

討論穩(wěn)態(tài)情況下的平均光強估算激光器輸出功率:飽和加深g(n)>gt飽和穩(wěn)態(tài)光強不變§5.3輸出光功率與能量一、連續(xù)或長脈沖激光器的輸出功率

單模激光器（考慮第

l

模，頻率為nq)第19頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月1.均勻加寬單模激光器假設

如何求腔內(nèi)

In

同時參與飽和I+I-T1=0T1=T或者時第20頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月a－往返指數(shù)其它損耗因子T<<1(5.3.3)第21頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月Fig.5.3.3Fig.5.3.2取微分Tm確定:

實驗Pp一定,改變T測

Pout

計算了解第22頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月三能級才能使(W03

,

n

,l

,21

,2)

P四能級三能級系統(tǒng)對W13有要求結(jié)論：激光輸出功率與工作物質(zhì)性質(zhì)和長度有關（掌握）了解