激光原理与技术20

1、dGD 0() n0(1)d1B21gH()h n0gD(1)d1B21GD 0() dGD 0() n0gD(1)d1B21c2 0hgD() n B21c n0B21hgD()hgH()c2.介质的小讯号增益系数是介质中各种速度的粒子数密度hgH()反转分布的贡献之和，故有 0 0hgD(1)d1(1)2 ( 2)2 n0B21 c0 d12 (1)2 ( 2)2Information Science and Engineering Technology0 c5.3 非均匀加宽情况的增益饱和一、非均匀增宽介质在小信号时的增益系数1.频率为v1 粒子数密度反转分布对小讯号增益系数的贡献，就象

2、均匀增宽型介质的 n0 对 G0()的贡献那样cInformation Science and Engineering Technology考虑非均匀加宽激光工作物质（多普勒加宽）：加宽线型组成。 -由许多具有不同中心频率 0 和以 0 为中心频率的均匀设小信号时反转粒子数密度为n0 ，则表观中心频率在 0 0 dv0 范围内的反转粒子数密度为：n0(0 )d0 n0gD(v0 ,v0)dv0 G v 1 G v0 4ln2vv02 exp vDIv 3.可以求得中心频率处的小讯号增益系数 GD 0(0) ，它与线宽D 成反比2 ln 2h0( )二、非均匀增宽介质在大信号时的增益系数1、条件

3、：线型函数为的非均匀加宽工作物质，gDv0 ,v0同时再考虑少许均匀加宽(如自然加宽)。2、大信号增益系数公式条件： v 的光，以Iv 入射到非均匀加宽工作物质上。 s 0D21 Information Science and Engineering Technology0D Iv Is GDv,IvGD 0GD 0v0exp 4ln2vv02 vD 24v0 vDGDv,IvGD v其中： 小信号增益系数ln 2v2A212GD 0v0 n0 21 n0中心频率处的小信号增益系数3、公式推导(略)4、公式讨论相比拟时，则：Iv GDv,Iv0增益系数饱和Information Science

4、 and Engineering Technology(1) 当 Iv 足够强，可与 Is(2)增益系数饱和效应与频率无关，因为无论频率IvIs1为多少，都有： GDv,IvGDv0（3）非均匀加宽增益饱和效应比均匀加宽要弱，因为是平方根关系二、激光放大器中的烧孔效应1、 弱光下的 n0v v 曲线n0vvInformation Science and Engineering Technology2、强光v 1、Iv 1 作用下的 nv v 曲线v谱线，在准单色光作用下的饱和行为可用均匀加宽加以讨论。Information Science and Engineering Technology线

5、宽为 vH 的均匀加宽nv(1) 表观中心频率为 v 的粒子发射中心频率为 v ，nv 1 n v 1n v 2的粒子，引起的 饱和效应较弱。Information Science and Engineering Technologyn(2) 入射光： v 1、Iv 1a、表观中心频率为v v 1的粒子将与光有最大相互作用。饱和作用最强。Iv 1Is01nv 1n0v 1b、入射光对表观中心频率为v v 2 nv 20c、入射光对表观中心频率为v v 3 nv n0v 3 3AA1BB1C CIv1 vHIs 2v 3v 1 1Iv1 vHIs 2v 2v 1 1a、孔深： n v1nv1 n

6、 v1n v 13、 结论(1) 强光Iv1 vHIs 2vv1 1范围内的粒子有饱和作用。v 1、Iv 1 入射, 将使(表观)中心频率大致在nv v 曲线上形成一个以 v 1 为中心的孔。反转集居数“烧孔效应”00 01Iv 1 Isn0v1Information Science and Engineering TechnologyIv 1Iv 1 Is n v 1vH Iv 1 vHIs 2b、孔宽： v 2v 3v1 2 1vHIv 1Is 1c、烧孔面积 :Iv 1Is10 Iv 1 Iss 孔宽孔深d、四能级系统中受激辐射产生的光子数等于烧孔面积，受激辐射功率正比于烧孔面积。(2)

7、孔效应。Information Science and Engineering Technologyv 1、Iv 1 的强光将导致增益曲线 GDv, Iv v 烧1Iv IsvHGD v0GDv, IvvGD过程: 频率为 v1 的强光只在 v1 附近宽度约为 1的范围内引起反转集居数的饱和，对表观中心频率处在烧孔范围外的反转集居数没有影响。若有一频率v则如频率 v处在强光造成的烧孔范围 1Iv 1 IsvH 内，则由于反转居数数的减少，其光增益系数将小于小信号益系数，若频率 v 处于烧孔范围之外，则弱光增益系数等于小信号增益系数。Information Science and Engineering Technology与 v1 相作用的粒子速度 z 1Information Science and Engineering Technology三、激光振荡器中的烧孔效应(多普勒加宽气体激光器)1、一般的激光振荡器和激光放大器的主要区别(1) 激光来源不同：振荡器中的激光起源于自发辐射噪声。(2) 激光传输方向不同：振荡器有谐振腔镜，有正反两个方向的激光，一般放大器无谐