一般固体脉冲激光器所输出并不是一个平滑光脉冲,而是.ppt

一般固体脉冲激光器所输出的并不是一个平滑的光脉冲，而是宽度只有微秒数量级的短脉冲序列，即所谓的“尖峰”序列。激励越强，短脉冲之间的时间间隔越小。这种现象称作弛豫振荡效应或尖峰振荡效应。 在脉冲泵浦源的作用下，反转集居数密度和腔内光子数密度处于剧烈的变化之中。当 ，开始产生激光，受激辐射将使腔内光子数急剧增加并达到极值。与此同时又消耗了大量高能级粒子，致使 ，由于腔内增益小于损耗，光子数减少而形成一个尖峰。这种过程在脉冲泵浦持续作用时间内反复出现，构成一个尖峰脉冲序列。泵浦功率越大，尖峰形成越快，尖峰的时间间隔越小。 The basic physical mechanism is an interplay between the oscillation field in the resonator and the atomic inversion. An increase in the field intensity causes a reduction in the inversion due to the increased rate of stimulated transitions. This causes a reduction in the gain which in turn tends to decrease the field intensity. 利用一级微扰近似的方法对非稳态的速率方程求解(we consider the behavior of small perturbations from equilibrium) 假定 ，考察四能级系统中光子数密度N(t)及反转粒子数密度?n(t)的速率方程 忽略二阶小量，得到 和 ，然后再分别求导，得到二阶常系数微分方程 其中阻尼振荡的衰减常数?及振荡频率?分别为 当 时， 与 趋近于0，N(t)?N0， ?n(t) ? (?n)0，此时达到稳态，激光器具有稳定的输出。 尖峰序列是向稳态振荡过渡的弛豫过程的产物。如果脉冲激励持续时间较短，输出具有尖峰序列；而在连续激光工作器件中，则可得到稳定输出。 激励越强(W03越大) ，则阻尼振荡频率越高，即尖峰时间间隔越小，衰减越迅速 激光的建立过程是建立新的平衡的过程，在任何一个新平衡状态的建立过程中，都存在程度不同的驰豫振荡。即使是连续运转的激光器，其稳定状态建立的过程就是一种驰豫振荡的过程，在一般情况下，我们并不关心稳态建立的过程，只是作为一种瞬态噪声处理。 五 单模激光器的线宽极限 腔内的受激辐射能量补充了损耗的能量，而且由于受激辐射产生的光波与原来的光波具有相同的相位，二者相干叠加使腔内光波的振幅始终保持恒定，因而输出激光在理想情况下为一无限长的波列，其线宽应等于零。 自然界不可能存在绝对的单色光，实际的单纵模激光器的线宽也不会等于零。 在光子数密度方程中曾忽略了自发辐射，在讨论阈值及输出功率等问题时，因自发辐射比受激辐射的贡献微弱，忽略是可行的，但在考虑线宽问题时必须考虑自发辐射。 只考虑输出损耗T，稳定工作时， 另外， 输出功率越大，线宽越窄。因为输出功率增大就意味着腔内相干光子数增多，受激辐射比自发辐射占更大优势，因而线宽变窄。 减小损耗和增加腔长也可使线宽变窄。 六 激光器的频率牵引 （一）色散现象 (Dispersion) 增益系数为零时，折射率为常数，记为?0。增益系数不为零时，折射率是频率的函数，记为 ，其中??(?)表示折射率随频率变化的部分。 全部反转粒子对折射率变化的贡献为各种表观中心频率贡献的总和 令 如果工作物质具有非均匀加宽线型，即 非均匀加宽时的折射率变化为 当考虑?0附近的色散现象时， ，上式积分在很小的范围内进行，在此范围内t1，被积函数 ，可近似得到 从??H(?)和??i(?)的表达式中看出，当 时， ??(?)0；当 时，??(?)0。 （二）频率牵引(frequency pulling) 当 时， ，因而 ； 当 时， ，因而 。在有源腔中，由于增益物质的色散，使纵模频率比无源腔纵模更靠近中心频率，这种现象称为频率牵引。 (If the passive cavity resonance is