韩定安-15-第三章-5 非均匀加宽饱和.ppt

3.6 非均匀加宽工作物质的增益系数;对于纯粹的非均匀加宽工作物质来说，表观中心频率为?0?的粒子发射频率为?0?的单色光 在实际工作物质中，还同时存在均匀加宽因素（任何粒子都具有自发辐射，因而都具有属于均匀加宽的自然加宽）。所以频率在?0?~ ?0?+d?0?范围内的粒子发射一条中心频率为?0?、线宽为??H的均匀加宽谱线。若有频率为?1、光强为 的光入射，则这部分粒子对增益的贡献dg可按均匀加宽增益系数的表达式计算（假设其均匀加宽可用洛伦兹线型描述）;总的增益系数应是具有各种表观中心频率的全部粒子对增益贡献的总和。;被积函数只在 的很小范围内才有显著值， 在 时趋近于零， 1）可将积分限由0~?改换成-? ~+?而不影响积分结果。 2）在非均匀加宽的情况下，??D??H ， 在 的范围内可将 近似地看成常数 ，并将其提出积分号外 ;---小信号增益;在 时，得到与光强无关的的小信号增益系数 小信号增益系数和频率的关系完全取决于线型函数 。当 可与Is比拟时， 的值将随 的增加而减少，强度为 的光入射时获得的增益系数是小信号时的 倍。此即非均匀加宽情况下的增益饱和效应 饱和效应的强弱与频率无关。;若非均匀加宽属多普勒加宽;二 烧孔效应 (Hole-burning);1)当入射光频率为?1时，对表观中心频率?=?1的粒子而言，相当于均匀加宽情况下入射光频率等于中心频率的情况。如果入射光足够强，则?n(?1)将按下式饱和; 当频率为 、光强为I的光波在其中传播时，对中心频率为 附近单位频率间隔内粒子数反转分布值 的饱和效应规律为(4.4.13);即频率为 的光波也可以引起频率为 的粒子数密度反转分布值 的饱和。 光波起作用的频率范围可以根据上式对介质中各种频率的 减少的程度作表进行比较。令光波强度为Is、光波频率为 ，由表中数据可以看出， 光波对频率为;2)对于表观中心频率为?2的粒子，由于入射光频率?1偏离表观中心频率?2，引起的饱和作用较小;当频率为?1、强度为 的光入射时，将使表观中心频率大致在;通常把以上现象称为反转集居数的“烧孔”效应。 四能级系统中受激辐射产生的光子数等于烧孔面积，故受激辐射功率正比于烧孔面积。;增益曲线的烧孔效应;在增益系数 的曲线上，在频率?1处产生一个凹陷，凹陷的宽度由??表示。频率?1处的凹陷最低点下降到小信号增益系数的 倍。 以上讨论范畴：激光放大器；由非多普勒加宽的非均匀加宽工作物质组成的激光器 ;从上面的分析可以看出，光波I使非均匀加宽型介质发生增益饱和的速率要比均匀加宽型介质缓慢。 从上面的分析可以看出，光波I使均匀加宽型介质对各种频率的光波的增益系数都下降同样的倍数；而对非均匀加宽型介质它只能引起某个范围内的光波的增益系数下降，并且下降的倍数不同。;多普勒加宽气体激光器中的烧孔效应;若有一频率为?的微弱纵模?存在，则 ?+与?-的受激辐射分别由 及 的激活粒子贡献。如果?既不等于?1，又不等于2?0-?1，那么对?模作贡献的激活粒子数不受?1模的影响， ?模的增益系数等于小信号增益系数g0(?)。若?=?1，或?=2?0-?1，则?模及?1模的受激辐射都由 的激活粒子所贡献。由于频率为?1的强模?1消耗了大量的激活粒子， ?模及?1模的增益系数都将因此而减少。;结论：在多普勒加宽的驻波型激光器中，频率为?1的振荡模将在弱光（频率为?）增益曲线上对称地烧两个孔。（在增益曲线上，在?1及2?0-?1处出现了两个烧孔。） ;小结：