4-3連續(xù)激光器的輸出頻率連續(xù)激光器穩(wěn)定工作時(shí)，由于激光工作物質(zhì)的光放大作用，腔內(nèi)的損耗系數(shù)分布不均勻，各縱模的駐波效應(yīng)，光場的橫向高斯分布等因素，使得腔內(nèi)光強(qiáng)分布不均勻，因而,精確計(jì)算各點(diǎn)的光強(qiáng)是個(gè)非常復(fù)雜的問題。本節(jié)從增益飽和效應(yīng)出發(fā)，計(jì)算激光器的穩(wěn)定工作時(shí)腔內(nèi)的平均光強(qiáng)，并在此基礎(chǔ)上計(jì)算激光器的輸出功率。激光器工作過程：1）激光在外界激發(fā)作用很弱時(shí)，激活介質(zhì)的小信號增益系數(shù)小于閾值增益系數(shù)，激光器無激光輸出；1可編輯ppt2）當(dāng)外界激發(fā)作用增強(qiáng)到小信號增益系數(shù)超過閾值時(shí)，腔內(nèi)光強(qiáng)便會(huì)不斷增大。但是腔內(nèi)的光強(qiáng)不會(huì)無限制地增加下去，因?yàn)楫?dāng)光強(qiáng)越強(qiáng)，消耗的反轉(zhuǎn)離子數(shù)便越多，由于激活介質(zhì)的增益飽和作用而使增益系數(shù)下降。3）只要增益系數(shù)尚未降至閾值，上述過程便會(huì)繼續(xù)下去，即光強(qiáng)繼續(xù)增大，增益系數(shù)繼續(xù)下降。直至增益系數(shù)下降到閾值時(shí)，增益與損耗達(dá)到平衡，光強(qiáng)不再增大，這時(shí)的激光器建立起了穩(wěn)定的工作狀態(tài)。因此，外界激發(fā)增強(qiáng)，激光器的輸出功率就會(huì)增大。但是，不管外界的激發(fā)是強(qiáng)還是弱，穩(wěn)態(tài)工作時(shí)激活介質(zhì)的增益系數(shù)總是等于閾值增益系數(shù)如果外界的激發(fā)作用再增強(qiáng)，小信號增益系數(shù)又增大，腔內(nèi)光強(qiáng)必須增加到一個(gè)更高的水平才能使增益系數(shù)下降到閾值，并重新建立起新的穩(wěn)定工作狀態(tài)。2可編輯ppt式中：νq—穩(wěn)定振蕩模式的頻率；Iνq模式的穩(wěn)定光強(qiáng)。本節(jié)分別討論均與加寬激光器和非均勻加寬激光器在穩(wěn)定工作是墻內(nèi)的光強(qiáng)、輸出功率、諧振腔輸出鏡的最佳透射率以及最佳輸出功率等問題。3可編輯ppt一、均勻加寬激光器二、非均勻加寬激光器4可編輯ppt一、均勻加寬激光器我們主要討論駐波型激光器，穩(wěn)定工作時(shí)，腔內(nèi)存在著沿腔內(nèi)存在著沿腔軸線方向傳播的光強(qiáng)I+與反方向傳播的光強(qiáng)I-(見下圖)。5可編輯ppt（一）激光器在穩(wěn)定工作時(shí)腔內(nèi)的平均光強(qiáng)1.當(dāng)增益不太大時(shí)（小信號輸入時(shí)），I+=I-，腔內(nèi)平均光強(qiáng)為Iνq=I++I-，這兩個(gè)光強(qiáng)同時(shí)參與增益飽和作用。2.大信號輸入時(shí)，腔內(nèi)的平均光強(qiáng)為：如果νq=ν0，上式便可簡化為：6可編輯ppt（二）激光器在穩(wěn)定工作時(shí)輸出功率設(shè)激光束的有效截面積為S,兩個(gè)反射鏡透過率分別為0和T，則激光器輸出功率為：將(4-3-3)與式（4-3-4）代入（4-3-5）式中，可分別得到振蕩頻率νq=ν0與νq≠ν0的輸出功率為：7可編輯ppt如果用α表示除輸出損耗以外的其它往返損耗率，則相應(yīng)的平均單程損耗率為：α/2。再設(shè)諧振腔兩面反射的透過率分別是0和T。則T<<1時(shí)輸出損耗的平均損耗功率為T/2。各項(xiàng)損耗都考慮，總的平均單程損耗率為T/2。各項(xiàng)損耗都考慮，總的平均單程損耗率可以表示為：可以把均勻加寬激光器中振蕩頻率為的模式ν0的輸出功率寫成：8可編輯ppt從這個(gè)式子不難看出，提高激光器的輸出功率的方法：1.加大外界的激發(fā)作用而增大小信號增益系數(shù)最大值Gm；2.減小諧振腔的損耗功率a；3.加大激光工作介質(zhì)的長度l及橫截面積s。9可編輯ppt（三）激光器在穩(wěn)定工作時(shí)諧振腔輸出的最佳透射率Tm輸出反射鏡的透射率T對輸出功率則存在兩個(gè)相反的影響。T增大，一方面提高了透射光比例而有利于提高輸出功率，另一方面卻又使閾值增加而導(dǎo)致腔內(nèi)光強(qiáng)的下降。因此，存在一個(gè)使輸出功率達(dá)到極大值的最佳透射率Tm：（四）激光器在穩(wěn)定工作時(shí)諧振腔輸出的最佳輸出功率將（4-3-10）式代回（4-3-9）式中，可求出當(dāng)輸出鏡具有最佳透射率時(shí)，激光器的最大輸出功率為：10可編輯ppt二、非均勻加寬激光器1.我們討論的仍是駐波型激光器，并且主要是氣體激光器。與均勻加寬激光器所不同的是，當(dāng)νq≠ν0時(shí)，I+與I-兩束光在增益曲線上分別產(chǎn)生兩個(gè)不同的燒孔。每個(gè)光強(qiáng)只對其中一個(gè)燒孔起飽和作用。因此，頻率為的穩(wěn)定振蕩模式所具有的大信號的平均光強(qiáng)為：（一）激光器在穩(wěn)定工作時(shí)腔內(nèi)的平均光強(qiáng)11可編輯ppt2.當(dāng)νq=ν0時(shí)，與同在增益曲線中心處產(chǎn)生一個(gè)燒孔，這種情況與均勻加寬激光器類似平均光強(qiáng)可寫為：（二）激光器在穩(wěn)定工作時(shí)輸出功率1.當(dāng)νq≠ν0時(shí)2.當(dāng)νq=ν0時(shí)12可編輯ppt（4-3-17）式比（4-3-14）式多了一個(gè)因子1/2，它可以這樣來理解：當(dāng)振蕩模式νq≠ν0時(shí)，往返傳播的光在增益曲線上燒兩個(gè)孔，而νq

=ν0時(shí)，往返傳播的光只燒一個(gè)孔,因此，νq=ν0時(shí)的輸出功率在不考慮孔面積大小的前提下自然應(yīng)比νq≠ν0時(shí)小一半。但實(shí)際上不同頻率處的燒孔面積并不相等，νq=ν0時(shí)雖只燒出一個(gè)孔，但此孔的面積卻最大。而νq偏離ν0時(shí)可燒兩孔，但孔面積隨著偏離越遠(yuǎn)而越小。如果以非均勻加寬氣體激光器的輸出光頻率作為橫軸，輸出光頻率P作為縱軸，畫出P～曲線，如圖4-3-4（a）所示，在中心頻率ν0處出現(xiàn)一極小值，我們稱曲線的這一凹陷為蘭姆凹陷。13可編輯ppt14可編輯ppt凹陷寬度大約與燒孔寬度相等，由燒孔寬度的計(jì)算公式（3-3-18）式可知，激活介質(zhì)的譜線寬度越寬，凹陷寬度就越大，因此，加大氣體激光器放電管中的氣壓，使碰撞線寬變大，可使蘭姆凹陷變寬、變淺。當(dāng)氣壓很高時(shí)，碰撞線寬超過了多普勒線寬，這時(shí)氣體激光器變