激光器的振荡模式.ppt

,满足阈值条件的几个模在振荡过程中，由于增益饱和效应，别的模被抑制下去，唯独剩下最靠近中心频率的那个模，这种现象称之为模竞争（modecompetition）,1.均匀加宽激光器中的模竞争及自选模作用,稳态增益,.,.,g0(n),结论：无论起始时满足振荡条件有多少个纵模，理想情况下，均匀加宽稳态激光器的输出模式为单纵模。,时，达到稳态值大信号增益阈值增益时为稳态增益,2.增益空间烧孔效应及其引起的多模振荡,烧孔效应）光谱烧孔效应或频域烧孔效应,(1)轴向空间烧孔效应的形成,q模腔内光强分布,只有q模存在时的反转集居数密度的分布,腔内驻波场分布增益空间分布g(z)增益空间烧孔,烧孔间距在波长量级,q模腔内光强分布,只有q模存在时的反转集居数密度的分布,q模腔内光强分布,不同纵模可使用腔内不同部位的高能级粒子而同时发生振荡纵模的空间竞争,空间烧孔引起的多模振荡,q模形成微弱振荡,3空间烧孔的形成原因:,驻波腔,粒子空间转移速度较慢,气体:无规热运动,空间转移迅速,难以形成空间烧孔.以均匀加宽为主的高气压激光器可获得单纵模振荡。,固体:如Cr离子束缚在晶格结构上，转移l/4波长的距离需10-4S;半导体:10-7S.远大于激光形成时间,空间烧孔不能消除.以均匀加宽为主的固体激光器一般为多纵模振荡.,抑制空间烧孔效应,行波环形腔,当激励作用足够强时,不同横模可以分别使用不同空间的激活粒子而形成多横模振荡,4横向空间烧孔的形成原因,横截面上光场分布的不均匀,反转粒子数密度的横向空间分布不均匀,横向烧孔,二、非均匀加宽激光器的振荡模式,1、外激励g0满足阈值条件纵模振荡模式数只要模间隔足够大，各个纵模互不相关,2、非均匀加宽激光器中模竞争的表现,(1)若纵模频率q-1及q+1称分布在中心频率0两侧,n1,n2,Dn,消耗相同速度vz的反转粒子数,Dn,q-1及q+1共用同一种表观中心频率的激活粒子，存在模竞争，输出功率有无规起伏。,(2)相邻纵模的烧孔重叠,烧孔宽度:,纵模间隔:,相邻纵模因共用一部分激活粒子而相互竞争。,均匀加宽激光器,1、增益曲线均匀饱和引起模式竞争，导致理想情况下，输出应是单纵模的2、增益的空间烧孔引起纵模的空间竞争导致多模振荡（固体）,小结：,一般多纵模振荡，也存在模式竞争（烧孔重叠或模的频率关于对称）,非均匀加宽激光器,输出功率和透光率关系,透光率和2gml之间关系,0,G,Gt,4,P4P3,3,2,1,P1=0,P2P1,P3P2,P0Po,0,G,Gt,5,P5P6,4,P4P5,3,P3P4,1,2,P2P3,0,Gt,1,P1=0,1,2,3,0,3,2,g,gT,(a),单模输出功率P与频率的关系-兰姆凹陷,1,在单模输出功率P和单模频率的关系曲线中，在=0处，曲线有一凹陷，称作兰姆凹陷。,P烧孔面积(表征对激光有贡献的反转粒子数),兰姆凹陷宽度,烧孔宽度:,气压碰撞加宽DnL烧孔宽度dn,深度变浅,兰姆凹陷宽度烧孔宽度:,3、多模激光器的输出功率,非均匀加宽:足够大,不发生烧孔相连时,各个模式相互独立，分别计算每个纵模的输出功率，总的输出功率是各模输出功率之和。,计算公式:,均匀加宽:(固态激光器）必须由多模速率方程(课本P147)求Pout,并作简化假设(各模损耗相等,线型函数为矩形),得出其输出功率,二、短脉冲激光器的输出能量(t0ts)四能级系统为例,思路：输出能量受激辐射光子数n2吸收泵浦能量,E0E3E3E2E2E1E内(Ei)吸收泵激活粒子数受激辐射粒子数腔内激光能量浦能量,EP,输出能量(E),小结：,均匀加宽单模激光器输出功率：,T受激辐射使Dn减小的速率,t1-t2,0-t1,t=t2时,同时,Dn增加的速率=Dn减小的速率,t2-t3,受激辐射使Nl急剧上升,Dn,达最大,t3-t4受激辐射使DnDnt,Nl急剧下降,Dn,泵浦激励使Dn增加的速率t5重复上述脉冲的发展过程，在整个脉冲泵浦过程中，造成输出激光