第6章 激光器的工作特性.ppt

6.1连续和脉冲工作方式，脉冲激光：长脉冲，短脉冲，超短脉冲。长脉冲为准连续，第6章：激光运行特性，1 .适用于激光标记、切割、测距等的输出峰值功率大的脉冲激光，常用脉冲激光：钇铝石榴石(YAG)激光，红宝石激光，钕玻璃激光，氮分子激光，准分子激光等。2 .连续激光，3 .连续激光(Quasi-continuous-wave:QCW)、由连续光源激发的固体激光和以连续电激励方式工作的气体激光和半导体激光，通常需要以低输出功率进行激光连续操作(激光通信、激光手术等)时，泵的功率以短时间间隔切断，以降低热影响。激光水平粒子的数量如何随时间变化？无视刺激过程，6.1.1。脉冲激光，整个抽运过程中随时间变化的激光水平粒子数，抽运结束瞬间最大值。6.1.2。连续激光和长脉冲激光，每个水平粒子数和腔内光子数处于稳定状态，结论为：6.2激光的振动阈值，6.2.1阈值增益系数，在谐振腔内一周的光强度(考虑损耗和增益):起始振动条件：阈值增益系数：激光稳定振动特性？增益和损失达到动态平衡，光强度饱和，保持稳定振动，6.2.2阈值反转粒子数密度，增益系数和反转粒子数之间的关系：在中心频率上：激光的临界反转粒子数密度：激光，1。连续或长脉冲激光的临界泵功率：能级阈值粒子数密度：6.2.3临界泵功率和能量，临界泵功率：能级阈值粒子数密度，(2)三级系统，临界泵功率：2。短脉冲激光的临界泵功率：四电平系统临界泵能量：三电平系统临界泵能量：激光临界泵功率(能量)的结论：(1)三电平系统所需的临界功率(能量)远远大于四电平；(2)三电平系统激光器的损耗对临界功率(能量)影响很小；在四电平系统中，临界功率(能量)与损失成正比。(3)四电平激光器的临界能量(功率)，P144，表6-1列出了三种典型激光振动条件的计算值。激光工作物质长度10厘米，输出镜透射率50%，内部损耗0；红宝石的铬粒子密度、3种常见激光振动条件的计算值、振动带宽：在激光小信号增益系数中大于临界增益系数的曲线的相应频率范围。振动模式数：6.3.1振动垂直模块，想：激光能振动的模式数是多少？6.3激光振动模式，示例6-1:红宝石激光腔长度L=11.25cm厘米，杆长度，折射率n=1.75，线宽均匀扩展，振荡带宽满足激发参数(1)临界条件；(2)振动纵向系数。6.3.2激光输出模式均匀扩展，1 .模式竞争，1 .跨模式之间也有竞争；水平模型竞争更加复杂。3 .单断面模式输出可通过模具选择措施获得。激光交叉模式之间的均匀扩展如何竞争？模式竞争：通过增益饱和效应，一种模式逐渐抑制另一种模式振动，最后只剩下一个宗主。竞争结果是最接近光谱中心频率的纵向模型获胜。稳态激光输出模式的均匀扩展是位于光谱中心频率附件的单端模式。空间燃烧孔效应：波复中光强，使用的反转粒子数多，增益系数也减少；波段的强度较小，使用的反转粒子较少，增益系数减小。空间燃烧孔引起多模式振动，2 .空间燃烧孔，纵向空间竞争：由于轴向空间燃烧孔效应，其他纵向模式使用空间其他部分的反转粒子数同时产生振动现象。气体激光器由于粒子数的空间移动而没有这种现象。固体激光器存在。解决方案：行波腔，(1)没有模式竞争，所有具有大于临界增益系数的小信号增益系数的钟形可以形成稳定的振动，因此非均匀扩展激光器通常是多纵模振动。(2)外部刺激越强，信号增益曲线越小，满足振动条件的纵向模式数越多。6.3.3非均匀扩展激光器的输出模式，1 .非均匀扩展激光器的多纵向模式振动，小腔长，各纵向模式之间的间距大2。燃烧孔中的纵向模式竞争；腔长大时，纵向模式频率间隔足够小，燃烧孔重叠，两种钟形共享相同的部分反转粒子数，因此存在模式竞争。1 .激光工作方式，脉冲激光，连续激光，每个水平粒子数和腔内光子数发生了变化，系统不稳定，每个水平粒子数和腔内光子数处于稳定状态，2。激光振荡阈值，临界增益系数：增益和损失达到动态平衡，光强度饱和，保持稳定振动，摘要：激光的临界反转粒子数密度：临界泵功率和能量：3。激光的振动模式，思维：激光能振动的模式数是多少？(2)非均匀扩展激光器的多纵模振荡，6.4连续激光器的输出功率和增益系数不大的情况下：腔平均光强：6.4.1均匀扩展单模激光器，介质长度；单程损失。激光单纵模式振动。对于激光束的有效截面面积(将横截面的亮度设置为均匀)，总平均单程损耗：输出功率可以写成：提高激光输出功率的方法：除输出损耗外的其他往复损耗系数，最大输出功率：输出镜子的最佳透射率：每个模式的功率(模式间隔大，相互不影响)、(2)、诗：两个方向的光饱和，频率偏离中心频率越多，纵模输出功率越小。ram凹陷形成原因：ram凹陷，(a)频率不是中心频率(例如)，激光振动燃烧两个孔，输出功率P2与两个孔区域的和成正比。(b)如果频率是中心频率，则只有一个燃烧孔。相当于最大的小信号增益，但对激光贡献的反转粒子数减少，燃烧孔面积减少，输出功率减少。一个孔的面积小于两个孔的面积之和。两个燃烧的洞开始重叠。冲锤的宽度大约等于燃烧孔的宽度。也就是说，通过增加不同气压下的输出功率和频率的关系、气体激光放电管的气压，使碰撞线宽变大，可以使冲锤的凹陷变宽和变浅。2 .总功率在非均匀激光中，如果模式间距大，则各模式相互独立，且互不影响，则分别求出各纵向模式的输出功率，总功率是各模式功率的和。如果模式间距小，并且每个模式相互影响，则总功率与整个塑料区域成比例(重叠部分不能重复计算)。6.5.1短脉冲激光的输出能量，如果谐振腔由一面全镜和一面透射率为t的输出镜组成，则输出能量为：输出能量e随Ep线性增加，输出能量在超出阈值的能量部分转换。输