激光原理、技术与应用课件：3_5_ 激光器的输出功率.pptVIP

造成线宽的原因 能级的有限寿命造成了谱线的自然宽度 发光粒子之间的碰撞造成了谱线的碰撞宽度(或压力宽度)。 发光粒子的热运动造成了谱线的多普勒宽度。 实际的谱线线型是以上三者共同作用的结果，我们把这样的谱线叫做发光物质的荧光谱线，其线宽叫做荧光线宽。 激光器的线宽 激光器在稳定工作时，其增益正好等于总损耗。 理想情况：损耗的能量在腔内的受激过程中得到了补充，而且在受激过程中产生的光波与原来光波有相同的位相，所以新产生的光波与原来的光波相干叠加，使腔内光波的振幅始终保持恒定，相应的就有无限长的波列，故线宽应为“0”。 如果激光器是单模输出的话，那么它输出的谱线应该是落在荧光线宽 范围内的一条“线” 。 造成激光器线宽的原因 内部的原因：自发辐射引起的激光线宽。 激光器的增益就应该包括受激过程和自发过程两部分的贡献。 在振荡达到平衡时，受激辐射增益+自发辐射增益=腔的总损耗 受激辐射引起的激光线宽：受激辐射的增益应略小于总损耗。每一个波列都存在一定的衰减率，正是这种衰减造成了一定的线宽。 自发辐射引起的激光线宽：腔内自发辐射又产生一列一列前后位相无关的波列，它们将造成一定的线宽。 增加激光器的输出功率可以减小由于自发辐射引起的激光线宽。 曲线1是衰减的相干光的谱线，曲线2是自发辐射本身的谱线， 曲线3是总的谱线。 激光器的线宽极限 理论计算表明单纯由于腔内自发辐射而引起的激光谱线宽度远小于l Hz。 产生激光线宽的外部原因：温度波动、机械振动、大气压力和湿度的变化、空气的对流、损耗的波动、增益的波动、荧光中心频率漂移等。 因此实际激光线宽远远大于自发辐射引起的激光谱线宽度！ 线宽极限：自发辐射引起的激光谱线宽度。 自发辐射是在任何激光器中都存在的，所以这种因素造成的激光线宽是无法排除的。 这种线宽是消除了其他各种使激光线宽增加的因素后，最终可以达到的最小线宽。 3.7 激光光束质量的品质因子 光束质量是激光束可聚焦程度的度量。过去，针对不同的应用目的，曾用不同参数来评价光束质量，品质因子是较为全面的一种方式。 图(3-14) 曲线与“兰姆凹陷” 图(3-14)为 曲线；图(3-15)为兰姆凹陷与气压的关系曲线 图(3-15) “兰姆凹陷”与管中气压的关系 气压? ? 碰撞加宽DnL ? ? 烧孔宽度dn ?, 深度变浅甚至消失 补充问题： 兰姆凹陷与烧孔的区别？ 兰姆凹陷是一种对应于单模激光（中心频率）的烧孔，因此可以用于确定原子的频率。 烧孔：激光光模的频率≈激发态原子频率时，激发态原子被激发回落到低能态。此时反转粒子数减少，光强降低，形成烧孔。烧孔除了单模，还可以由多模产生，所以由于不知道是哪个模式烧了孔，也就无从确定原子的频率。 若腔内允许多个谐振频率，且相邻两个纵模的频率间隔大于烧孔的宽度，不发生烧孔相连时 ，每个纵模的诸参数与其它纵模不存在时一样，则平均光强为： (2) 多频激光器的输出功率 输出功率为： 多频激光器的输出功率为： 总功率即为各模输出之和 若腔内多纵模的频率 对称的分布在 的两侧，也即有一纵模频率 ，必有另一个纵模频率 ，则在理想情况下纵模 的增益系数为： 纵模 在腔内的平均光强为： 纵模 的输出功率为： 该多模激光器的输出功率为： 图(3-16) 荧光谱线与理想的单色激光谱线 图(3-17) 激光的极限线宽 三菱今年推出的LaserVue 65“激光TV正面 LaserVue 65“激光TV侧面厚度25.4厘米 去年今日此门中，人面桃花相映红，人面不知何处去，桃花依旧笑春风。 课后作业(4月24日交作业)： 1、2、4、5、6、7、9、10、12 * * * 成都信息工程学院光电技术系 钟先琼 成都信息工程学院光电技术系 钟先琼 3.5. 激光器的输出功率 连续或长脉冲激光器 找输出功率 短脉冲激光器 找输出能量 能量计 能量计 功率计 连续或长脉冲激光器 一、腔内光强分布的特点及理由 特点：腔内光强分布是不均匀的。 理由：激活介质的光放大作用、腔内损耗系数的不均匀分布、驻波效应、光场的横向高斯分布等。 处理方法：通过讨论稳态情况下的平均光强来估算激光器输出功率。 二、腔内光强达到稳态的过程 外界激发很弱时 激光器无输出 增强外界激发 当 时， 稳态建立 3.5.1 均匀增宽型介质激光器的输出功率 在驻波型激光器中,稳定工作时，腔内存在着沿腔轴方向传播的光I+和反方向传播的光I-.若谐振腔由一面全反射镜和一面透射率为t的输出反射镜组成时,腔内光强如图3-11所示. 图(3-11) 谐振腔内光强 一. 稳定出光时激光器内诸参数的表达式 (1) 腔内最小的光强 (2)