第4章激光器工作特性.ppt

? ?0 ? ?0 ? ?0 ? ?0 ? ?0 §3 输出功率 1、均匀加宽激光器 一、腔内稳定光强(?=?0) 证 稳定时 2、非均匀加宽激光器 证 稳定时 二、输出功率 S:激光介质横截面积, T:输出镜透过率 I=I++I- I+ I- T 证 三、均匀加宽激光器的最佳透射率与最大输出功率(?=?0) a:除输出损耗外的其它往返损耗率 四、兰姆凹陷 1、现象 非均匀加宽气体激光器的输出功率,在中心频率?0处出现下降 ? ?0 P 2、原因 ?0处两烧孔重合造成输出功率的下降 3、规律 (1)气压越高,凹陷越浅(气压高,加大??L,向均匀加宽转化 (2)激发越强,凹陷越深(激发强,烧孔面积大) ? ?0 G Gt ? ?0 G Gt ? ?0 G Gt ? ?0 G Gt ? ?0 G Gt ? ?0 G Gt ? ?0 G Gt ? ?0 G Gt ? ?0 G Gt ? ?0 G Gt ? ?0 G Gt CO2激光器谐振腔长L＝0.8m，放电管直径d=20mm,输出镜透射率为T=0.04,其他往返损耗率a=0.04,求①腔内稳定光强②输出功率③最佳输出功率(设只有?0一个模式,所须经验公式: Gm =1.4× 10-2/d 1/mm, Is=72/d2 w/mm2) 例1 解 δ=0.02+0.02=0.04 He-Ne激光器的谐振腔长L=1.5m, 截面积S= 1 mm2,输出镜透过率为T＝0.02, 激活介质的多普勒线宽为??D＝1000MHz, 饱和参数为Is=10 w/mm2,现将此激光器激活，激发参数?=4,求总输出功率(所有模式都按中心频率计算) 例2 解 * (1)三能级 n1+n2=n n2-n1=?n (2)四能级 n3=?n n3t=?nt 二、起振模式数 1、激发参量 2、振荡线宽 (1)定义 小信号增益曲线中大于Gt部分的线宽 3、阈值上能级粒子数 ? ?0 Gm G0(?) ??T Gt 证 ②非均匀加宽 证 (2)大小 ①均匀加宽 3、起振模式数 [x]:取整函数 :本征纵模频率间隔 ? ?0 Gm G0(?) ??T Gt 三能级激光介质总粒子数密度为n=5?1013m-1,发射截面为S=2.5?10－14m2，介质长l＝20cm,单程损耗率δ= 0.01．求阈值增益系数、阈值反转粒子数密度和阈值上能级粒子数密度 例1 解 激光器腔内总损耗系数等于激活介质的峰值增益系数的1/4，分别按均匀加宽和非均匀加宽计算振荡线宽(荧光线宽??F=150MHz) 例2 解 均匀加宽： 非均匀加宽： He-Ne激光器放电管及腔长都为L=1.6m,直径为d=2mm,两反射镜透射率分别为0和T=0.02,其它损耗的单程损耗率为δ=0.5%,萤光线宽Δ?F =1500MHz, 其峰值小信号增益系数Gm=3×10-4/d 1/mm。求①激发参量?②可起振的纵模个数Δq 例3 解 δ=0.01+0.005=0.015 §2 模式竞争 一、基本概念 满足振荡条件的激光纵模由于使用相同反转粒子数而产生的竞争 二、特点 1、均匀加宽 所有模式间有竞争,靠近中心频率处的模式取胜 ? ?0 Gt ? ?0 Gt ? ?0 Gt ? ?0 Gt ? ?0 Gt ? ?0 Gt ? ?0 Gt ? ?0 Gt ? ?0 Gt 2、非均匀加宽 (2)关于中心频率对称的两模式间有竞争,随机取胜 (1)烧孔不重叠的模式之间无竞争,造成多纵模输出 三、跳模现象 1、现象 均匀加宽激光器点燃时,输出激光的频率在中心频率附近产生周期性变化 t 2、解释 (1)温度升高→腔长变大→光频向低频漂移 (2)由于模式竞争,光频漂移到 处被 模代替 3、规律 (2)腔长每伸长 ,产生一次跳变 证 (1)输出光频在 至 范围内变化 ? ?0 ? ?0 ? ?0 ? ?0 ? ?0 ? ?0 ? ?0 ? ?0 ? ?0 ? ?0 ? ?0 ? ?0 ? ?0 ? ?0 *