激光原理与技术第一章 第二部分通俗讲解.ppt

第一章第二部分 总结 一 主要内容 谱线加宽和线型函数激光器的速率方程均匀加宽工作物质的增益系数非均匀加宽工作物质的增益系数 均匀加宽自然加宽 寿命加宽 碰撞加宽晶格振动加宽非均匀加宽多普勒加宽晶格缺陷加宽 谱线加宽和线型函数 线型函数 线型函数 均匀加宽 根据Heisenberg测不准关系 若某能级具有无限窄的宽度 该能级具有无限长寿命 若能级有有限自发辐射寿命 能级应具有有限宽度 E 均匀加宽 自然加宽 均匀加宽 碰撞加宽 均匀加宽 气体工作物质 非均匀加宽 多普勒加宽 非均匀加宽 多普勒加宽 非均匀加宽 均匀加宽与非均匀加宽的区别 1 从谱线加宽角度看 均匀加宽 原子之间不可区分 每个原子的自发辐射具有完全相同的线型 线宽和中心频率 非均匀加宽 原子之间可区分 每个原子的表观中心频率不同 2 从单个原子谱线加宽与原子体系谱线加宽之间的关系看 均匀加宽 原子体系的线型和线宽与单个原子的完全相同 每个原子以整个线型发射 非均匀加宽 原子体系的线型和线宽与单个原子的不同 均匀加宽与非均匀加宽的区别 3 从原子对谱线的贡献看 均匀加宽 每个原子对谱线内的任一频率都有贡献 且对于某一频率的贡献是相同的 非均匀加宽 某类原子仅对谱线内某一特定频率有贡献 例如仅对与其表观中心频率相同的频率有贡献 均匀加宽与非均匀加宽的区别 4 从光和物质相互作用的角度看 均匀加宽 入射的某一频率的准单色光场与介质中所有原子发生完全相同的共振相互作用 原子的受激跃迁几率相同 非均匀加宽 入射场仅与介质中表观中心频率与其频率相应的某类原子发生共振相互作用 并引起这类原子的受激跃迁 均匀加宽与非均匀加宽的区别 综合加宽 气体工作物质 激光器的速率方程 原子自发辐射 受激辐射和受激吸收几率的修正 原子自发辐射 受激辐射和受激吸收几率的修正 物理意义 由于谱线加宽 和原子相互作用的单色光辐射场的频率 在原子发光的中心频率 0附加一个频率范围时 即可引起原子的受激跃迁 受激跃迁几率存在着由工作物质谱线加宽函数所决定的频率响应特性 原子自发辐射 受激辐射和受激吸收几率的修正 发射截面 吸收截面 吸收截面与发射截面 三能级系统速率方程组 四能级系统速率方程组 均匀加宽工作物质的增益系数 增益系数 反转粒子数密度 饱和光强 增益饱和 增益饱和 模式竞争 在均匀加宽激光器中 当一个模式振荡后 就会使其它模的增益降低 因而阻止了其它模的振荡 这就是均匀加宽激光器中的模式竞争 非均匀加宽工作物质的增益系数 增益系数 小信号增益系数 均匀加宽和非均匀加宽大信号增益系数的比较 1 非均匀加宽工作物质的饱和效应强弱与频率无关 仅取决于光强 2 非均匀加宽工作物质的饱和作用弱 3 非均匀加宽工作物质的增益曲线是局部饱和 均匀加宽和非均匀加宽大信号增益系数的比较 烧孔效应 反转粒子数的烧孔效应 烧孔效应 存在于非均匀加宽气体激光器中 增益烧孔 增益曲线的烧孔效应 烧孔效应 反转粒子数按速度的分布曲线 常用激光增益介质谱线线宽的比较 教材表1 3几种气体激光增益介质谱线的自然线宽 常用激光增益介质谱线线宽的比较 教材表1 4几种气体激光增益介质谱线的多普勒线宽 常用激光增益介质谱线线宽的比较 常用气体激