文档介绍：第五章激光振荡特性
本章在速率方程及据此导出的激光工作物质增益特性的基础上讨论激光器的振荡条件、激光形成过程、模竞争效应、激光输出功率或能量、弛豫振荡效应等基本特性。
激光线宽及频率牵引也是激光器的重要特性,对它们的严格理论分析必须运用量子理论及半经典理论。本章仅做简单介绍,而不涉及严格的理论分析。
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激光器分类(工作方式-按泵浦方式分类)
连续激光器
脉冲激光器短脉冲激光器
长脉冲激光器
下面考察三能级系统脉冲激励情况
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W13
A31
S31
S32
A21
S21
w21
w12
E1
E2
E3
1=S32/(S32+A31)表示E3能级向E2能级无辐射跃迁的量子效率
2=A21/(S21+A21)表示E2能级向基态跃迁的荧光效率
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达到最大值
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若激励持续时间t0>>τ2(τ2=1/(A21+S21)),当t>>τ2时,n2(t)已完成了增长过程而达到稳定值。
若t0<τ2增长过程则在整个激励持续期间,n2(t)处在不断增长的非稳定状态。
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连续激光器中,各能级粒子数及腔内辐射处于稳定状态。采用速率方程处理连续或长脉冲激光器时,可有dN/dt=0及dni/dt=0,这时微分方程变成代数方程。
脉冲激光器中,脉冲泵浦持续时间短,在未达到新的平衡之前,过程就结束了,所以在整个工作过程中,各能级的粒子数及腔内光子数均处于剧烈变化中,系统处于非稳态。用速率方程处理非稳态问题比较复杂,一般采用数值解、小信号微扰或其他近似方法。
若脉冲泵浦持续时间t0>>τ2,脉冲激光器也达到稳定状态,因此长脉冲激光器也可看成一个连续激光器。采用速率方程处理连续或长脉冲激光器时,可有dN/dt=0及dni/dt=0,这时微分方程变成代数方程。
脉冲激光器和连续激光器的特性既有差别,又有联系。
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第五章激光振荡特性
§5-1 激光器的振荡阈值
§5-2 激光器的振荡模式
§5-3 输出功率与能量
§5-4 弛豫振荡
§5-5 单模激光器的线宽极限
§5-6 激光器的频率牵引
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§5-1 激光器的振荡阈值
一、阈值反转集居数密度
L
l
h
Va
VR
假设光束直径沿腔长均匀分布
频率为0的模式阈值最低
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二、阈值增益系数
不同纵模具有相同的,因而具有相同的阈值增益gt。阈值增益系数唯一地由单程损耗决定,当腔内损耗一定时,阈值增益系数为一常数。
不同的横模具有相同的衍射损耗,因而具有不同的阈值,高次横模的阈值比基模大。
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三、连续或长脉冲(t0>>2)激光器的阈值泵浦功率
1. 四能级系统(假定泵浦均匀)
一般四能级系统中,S10>>W03,S32>>W03,S32>>A30
频率为0的模式
W03
A30
S32
S21
A21
W21
E3
E2
E1
E0
W12
S10
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