激光原理PPT.ppt

1、2.4非均匀扩展介质的增益饱和，在光源上发光的粒子由于某些物理因素的影响，中心频率发生了变化。由于发光粒子的中心频率(看似中心频率)因物理环境的不同而不同，因此每个发光粒子的光谱线重叠，生成的光光谱线变宽。光源光谱吴宣仪线型函数取决于单个发光粒子的中心频率分布，不再等于单个发光粒子的光谱线型函数。这种延伸称为非均匀延伸。不同的发光粒子仅对光源光谱吴宣仪相应部分有贡献，这是特点。非均匀扩展，非均匀扩展方案：只涉及光谱中心频率对应于入射光表观中心频率的粒子在此发射/吸收，对于线性函数为fD()的非均匀多普勒扩展工作物质，在计算增益系数时，应将反转粒子数密度n分类为表观中心频率。2.4.1介质中小信

2、号中粒子数反转分布值，1。系统达到动态平衡后，对于非均匀扩展介质，还剩下：(2-7)，(2-8)，2。由于介质中的粒子进行扰动的热运动，因此粒子移动速度是麦克斯韦的速度分布定律(对于小信号)，E2能级粒子中速度之间的粒子数密度，如果E1级粒子中速度之间的粒子数密度等于E2，E1级的收缩率，那么速度之间的粒子数密度反转分布值等于E2，E1级之间各种速度的粒子数密度反转分布值之和为3。非均匀扩展介质中单位速度间隔的粒子数密度反转分布值如图(2-10)所示。图(2-10)曲线，iv。E1，E2级之间转移的粒子发射光波中心频率的自然宽度增加函数。但是，由于多普勒效应，朝向粒子移动(运动速度)的光波的线

3、性函数成为具有中心频率的自然扩展函数。和的关系如下：在介质中，如果发射中心频率为光柱的粒子数密度反转分布值为，如果频率v附近单位频率间隔的光超过总亮度，则在非均匀扩展工作物质中，每个特定类型的粒子可以与特定频率v的光相互作用，因此发射中心频率的单位频率间隔的粒子数密度反转分布值为。因此，反转粒子数密度n0根据频率v有分布。非均匀扩展介质的线型函数在这里有大小。还有中心频率，但是线宽大于均匀扩展吴宣仪线宽。小信号粒子数反转和频率关系曲线、小信号粒子数反转和频率关系曲线：粒子数反转根据频率具有相同的分布形式，频谱线类型函数是均匀还是非均匀扩展，2.4.2非均匀放大介质的小信号中的增益系数，I .增

4、益系数计算方法：将非均匀放大线分类为宽线宽非常窄的均匀扩展吴宣仪叠加*(计算时将其分类为中心频率，然后再叠加)粒子数密度反转分布对频率较小的信号增益系数的贡献，与均匀宽度增加式介质的贡献一样，2。介质的小信号增益系数是粒子数密度反转分布对介质各种速度的贡献，因此积分在0古濑车站内进行，但是由于的中心频率，时间的值迅速减少到0时，实际值的范围实际上由频率在范围内的粒子数密度反转分布值贡献，2。中心频率下的小信号增益系数比较，或均匀扩展介质中典型情况下粒子数密度反演分布的结果，2.4.3非均匀增长介质中稳态粒子数密度反演分布，2.4.3非均匀增长介质中稳态粒子数密度反演分布，1 .频率为I且亮度为

5、I的光波传播时，中心频率为的粒子为： (2-10)，2。频率为，亮度为I的光波在其中传播时，中心频率在附近单位频率间隔内粒子数的反转分布值的饱和效应规律如下：3.图(2-12)表示光波为频率的粒子数密度反转分布的饱和效果和工作频率范围。4 .在非均匀膨胀材料中，特定类型的粒子仅与特定频率v的入射光相互作用，因此反转粒子数燃烧孔的效果。频率v1的准单色入射光入射时为：入射光频率为v1时，光谱中心频率的粒子正好是a点的中心频率，因此从亮度为I的光波降到点。入射光频率为v1时，对于光谱中心频率为的粒子，入射光频率v1偏离中心频率VB而产生的饱和效应较小，仅下降到点。AA1，BB1，入射光频率为v1时

6、，对于光谱中心频率为的粒子，入射光频率v1大于中心频率VC所产生的饱和效果可以忽略。频率为I的光波只能饱和中心频率比、宽度为半周的粒子，因此形成了以曲线为中心的凹处，习惯上称为燃烧孔效应。洞的深度是。洞的宽度是。孔的面积为AA1、BB1和C C。反转粒子数密度曲线燃烧孔的孔径和孔径随着饱和信号的强度增加而扩大和加深。 *(燃烧孔区)通常用于估计输出激光功率。例如，在四电平系统中，这里的光子数输出激光功率，2.4.4非均匀扩展介质正常状态下的增益饱和，图(2-13)非均匀扩展增益饱和曲线，1。在非均匀扩展介质中，频率为I的光波如图(2-13)所示，仅在近宽度约范围内产生增益饱和作用。2.增益系数

7、在此减少的现象称为增益系数的“燃烧孔”效应。孔的中心频率仍然是光州波数，孔宽度保持不变。孔的深度只是浅一点。3 .在频率为I的光波中，可以计算介质的增益系数：4。上述分析表明，光波I在非均匀放大介质中产生增益饱和的速度比均匀放大介质慢。如上分析所示，光波I对各种频率的光波均匀扩展介质的增益系数减小了相同的倍数。对于非均匀扩展介质，在特定范围内光波的增益系数可能减小，减小的倍数可能不同。，图(2-13)非均匀扩展增益饱和曲线，图(2-14)非均匀扩展激光的增益饱和，6。对于多普勒扩展，光波I在频率(即速度)附近的粒子数密度反转分布饱和；沿负轴传播的光波I使速度为(相应频率)的粒子数密度反转分布饱

8、和。也就是说，在沿负腔轴传播频率的光波增益曲线附近烧出孔。如图(2-14)所示。增益曲线燃烧孔的孔宽和孔深随着饱和信号强度的增加而扩大和加深，讨论了2.5激光器的损耗和临界条件、激光损耗分类和油田激光内形成稳定光强度(稳定发光)的过程激光发射的临界条件介质级选择，激光所需最小抽运功率的近似计算，2.5。激光的损耗和临界条件，产生激光的三个必要条件1。工作物质2。这里的能量3。对光学谐振腔、谐振腔的损耗和临界条件进行了初步研究，本公司已经指出，谐振腔内的工作物质对中的一对处于粒子数反转状态，频率在该光谱宽度内的弱光信号因增益而持续增加。相反，谐振腔产生的各种损失不断衰减光的信号。能否产生振动取决

9、于增益和损失的大小。对于光学谐振腔，要获得光子机振荡，光必须在空腔中前后增加一次，以至少补偿无线电波的损失。2.5.1激光器的损耗、I .内部损耗、增益介质内部的元件不均匀、粒子数不均匀或缺陷导致光折射、散射等导致光的一些光波偏离原始传播方向，从而产生光的能量损失。内部损失系数，L-1(长度)尺寸，2。镜像损失，强度为I的光波反射在镜子中时，r1I(或r2I)再次从空腔放大，t1I(或t2I)，包括由于镜像的散射、吸收和光衍射而在反射镜范围外扩散光线时产生的损失的其他部分显示为a1I(或a2I)，R1 r2M1 M2的反射率为R1 r2m 1 m2M2是放置在位置上的反射率的总体反射率，M1是

10、放置在坐标上的反射率的部分反射率。稳定强度在空腔中传播的过程用闭合曲线表示。I .谐振腔内发光强度的放大过程，(1)由于自发辐射，z=0处具有I1的发光强度的入射光束沿腔轴传播。此时，由于腔内光强弱，介质的增益系数是小信号增益系数。示例：图中的曲线表示此过程。由增益介质放大并传播到M1时，亮度如图所示增加，(3)在M1的最后部分，亮度再次反射到空腔中而放大。通过此分割，部分由M1镜子透射激光输出，其大小为，其馀丢失镜子，(4)在图中垂直轴是整个镜子损失，即(5)时空腔中的光比例为，2 .谐振腔稳定发光过程，随着光强的增加，增益系数进一步减小，增益增加的光能无残留补偿损失，输出强度不再变化。此时：获得已知的、2.5.3阈值条件、I .激光所需的双向比例为：下降到：下限时，时间强度达到最大IM。增益系数的下限是增益系数的阈值。3.粒子数密度反转分布值的阈值为：要生成激光，必须满足对介质粒子泵送的激发能量的要求。，2.5.4介质级别选择的讨论，1 .如果激光级E1是非常接近纪宁状态或纪宁状态的能量级，根据玻尔兹曼分布，E1能级的粒子数密度很高，因此被激发能量继续将子能级的一半以上的粒子泵入高能级E2，并满足。2.如果底层不是纪宁状态，在室温下是空的