2010秋(原)-电磁场和物质的共振相互作用910507614.pptVIP

具体激光器的速率方程根据其各种物理过程建立 光子平均寿命 R1, R2 为单位时间内抽运到E1,E2能级的粒子数密度 t1, t2 为E1, E2能级的寿命; t21为 E2 ? E1自发辐射(荧光)寿命 E2 E1 R2 R1 t2 t1 t21 同一能级系统的速率方程可具有不同的形式 E2 E1 R2 R1 t2 t1 t21 w03 A30 S30 S32 S21 A21 W21 E3 E2 E1 E0 W12 S10 Pump transitions 要求熟知速率方程中各项的物理意义 学会根据给出能级的有关参数建立相应的速率方程 应能利用速率方程，自行推导有关参数的表达式 2) 多模振荡速率方程 模序数 模频率 光子数 方法: 对应每个模式分别建立一个速率方程, 序数相应变化 简化前提: 研究的问题无需考虑模式差别 模式间衍射损耗差别可忽略 线型函数简化为矩形 各个模式损耗相同 根据简化模型, 四能级多模速率方程 荧光效率 总量子效率 发射荧光的光子数 工作物质从光泵吸收的光子数 N--各模式光子数密度总和 泵浦效率 §4.5 均匀加宽工作物质的增益系数 速率方程? 增益系数表达式（影响因素）? 增益饱和 （均匀、非均匀加宽工作物质） 一、小信号稳态增益系数 （ 四能级为例） I(z) I(z)+dI(z) dz Dn0 I(z)= Nhnv dz=vdt I(z)= Nhnv dz=vdt 不计损耗 *1. 反转粒子数Dn (四能级系统) 稳态 稳态 增益系数 讨论影响(稳态)增益系数的主要因素 w03 S32 S21 A21 W21 E3 E2 E1 E0 W12 S10 激光工作物质内N(光强 I) 很小时－小信号情况 受激辐射对Dn的影响可忽略 稳态时 阈值附近n2很小 小信号情况下 Dn0与光强无关，激发几率W03?? Dn0 ? 小信号增益系数 g0与光强无关，与Dn0成正比 复习思考：如何理解小信号情况？ 2. 小信号增益系数与频率的关系曲线－增益曲线 小信号增益曲线的形状完全取决于谱线线型函数 均匀加宽介质 中心频率处小 信号增益系数 =s21 非均匀加宽介质 中心频率处小 信号增益系数 =s21 小信号增益曲线宽度～（自发发射） 荧光线宽??F 若 f1=f2 增益曲线与吸收曲线相同 几种主要激光工作物质的荧光线宽 3. 小信号增益系数与 l03成正比, 和谱线宽度成反比 3.39mm 632.8nm 3S 3P 2P He-Ne 2S 1.15mm 4. 小信号增益系数的实验测量 激光器 放大介质 衰减片 探测器 探测器 分光板 反射镜 二、增益饱和（Gain Saturation）－大信号情况 什么是增益饱和？ 增益系数随光强的增大而减小的现象 增益饱和的物理起因： 腔内光强增大到一定程度 频率为n1, 光强为In1 的入射光作用下 (考虑受激辐射) 1. 反转粒子数饱和 稳态 频率为?1的强光的饱和光强，与线型函数成反比 反转粒子数饱和 小信号情况 大信号情况 若为洛伦兹线型 相同光强，不同入射光频率情况下 中心频率处， 饱和光强小，饱和作用最深； 偏离中心频率越远，饱和作用越弱。 时 若 （发生饱和的入射光频率范围） 反转粒子数饱和与腔内光强有关 同频率不同光强情况下：光强越强，饱和越深 反转粒子数饱和与入射光频率有关 有显著的饱和效应 饱和光强 Is (?1)的重要性： 表征增益介质饱和与否的判据 (小信号或大信号) 受激辐射造成n2(Dn)的减小可以与其它自发辐射和无辐射跃迁造成的衰减可以相比拟 受激辐射造成n2(Dn)的减小很小，可忽略 受激辐射使n2(Dn)急剧减小，增益?0，自发辐射作用减弱 决定腔内光强和激光输出功率的大小 He-Ne: 632.8nm 0.3 w/mm2 小功率 (几十毫瓦) CO2: 10.6mm ～2w/mm2 Ar3+: 514.5nm 7w/mm2 Is (?1)是激光工作物质的一个重要参量，其值决定于激光工作物质本身的性质，可由实验测定。 不同的能级系统，