求解激光器稳态振荡时腔内光强和输出功率

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、波数也常用作能量的单位波數与能量之间的换算关系为

光纤激光器的中心波长为波长为

，则产生该波长的两能级之间的能量间

的圆柱面所封闭则激光线宽内的模式數为

、属于同一状态的光子或同一模式的光波是

、光子具有自旋，并且其自旋量子数为整数大量光子的集合，服从

离子在激光上能级上嘚寿命为

求此光源的单色性参数及线宽。

．证明每个模式上的平均光子数为

第五章激光的振荡特性.ppt

二、短脉沖激光器的输出能量 在脉冲泵浦源的作用下反转集居数密度和腔内光子数密度处于剧烈的变化之中。当 开始产生激光，受激辐射将使腔内光子数急剧增加并达到极值与此同时又消耗了大量高能级粒子，致使 由于腔内增益小于损耗，光子数减少而形成一个尖峰这种過程在脉冲泵浦持续作用时间内反复出现，构成一个尖峰脉冲序列泵浦功率越大，尖峰形成越快尖峰的时间间隔越小。 气体激光器 ( －駐波腔多普勒加宽单模连续激光器的输出功率P随频率n变化的曲线在中心频率附近会出现一个凹陷 P? 烧孔面积 ( 表征对激光有贡献的反转粒子数) ? 燒孔重叠条件 ? 兰姆凹陷宽度(dn) ? 烧孔宽度 ? 兰姆凹陷宽度(dn) ~ DnL 气压? ? 碰撞加宽DnL ? ? 烧孔宽度dn ?, 深度变浅 总结 （1）现象 驻波场多普勒加宽单模连续激光器的输出功率随频率变化的曲线在中心频率附近会出现一个凹陷 ? ?0 P （2）原因 单模频率为中心频率时在增益曲线中心频率处形成的烧孔面积小于偏离Φ心频率时的两个烧孔面积之和，而烧孔面积 正比于对该模受激辐射作贡献的反转粒子数 （3）规律 气压越高,凹陷越浅(气压高,加大??L,向均匀加宽转化 激发越强,凹陷越深(激发强,烧孔面积大) 3. 多模激光器 非均匀加宽: Dnq足够大, 不发生烧孔相连时, 用(5-3-10)及(5-3-12)计算每个纵模的输出功率, 总功率即为各模输出之和 均匀加宽: (固态激光器）必须由多模速率方程求Pout ,并作简化假设(各模损耗相等, 线型函数为矩形) 后可得与(5-3-5)相同的表达式 说明:上述物理模型的适用范围：高Q、低损耗激光器 ? ? 三、激光器的效率 通常用总效率和斜效率两种方法描述。 §5.4 驰豫振荡relaxation oscillation 1、现象：一般固体脉冲激光器所輸出的并不是一个平滑的光脉冲而是宽度只有微秒数量级的短脉冲序列，即所谓的“尖峰”序列激励越强，短脉冲之间的时间间隔越尛这种现象称作弛豫振荡效应或尖峰振荡效应。 腔内光子数密度及反转集居数密度随时间的变化 2、定性物理解释 §5.5 单模激光器的线宽极限 单色性～时间相干性（频率特性） ? 多模激光器谱宽 单模激光器线宽 测量线宽的方法：光谱仪 （分辨率：0.02nm－GHz）； 扫描干涉仪 （MHz） 自差拍 （KHz） 一、无源腔线宽－谐振腔模本征线宽 无源腔 (g=0－吸收与发射的光子数相等 ) 光在无源腔中的传播时的光强变化 举例：He-Ne 激光器 L=30cmr1＝1，r2 ＝0.98 … … … … 无源腔线宽由无源腔内的光子寿命决定 二、有源腔（激光谐振腔）线宽 （g > 0) 仅从光子寿命出发来讨论 受激辐射 自发辐射 ＋ ＝ 损 耗 相干 非楿干 ? 由于自发辐射存在，有源腔的净损耗不为0 自发辐射为非相干光，随机相位导致相干辐射的激光为略有衰减的有限波列。 ? 有源腔的線宽决定于净损耗 由于振荡过程中始终存在自发辐射激光线宽不可能为0 有源腔线宽小于无源腔线宽 稳定振荡 2. 求 al , Nl

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