非链式脉冲DF激光器增益分布特性
激光器的工作原理-增益系数与增益饱和
增益饱和的物理机制
1
激光介质中的粒子数反转程度受到激发态和基态 的粒子数分布影响。
2
随着输入光功率的增加，激发态上的粒子数逐渐 增多，基态上的粒子数逐渐减少，导致粒子数反 转程度降低，光增益减小。
3
当输入光功率达到一定值时，粒子数反转程度达 到极限，光增益饱和，输出光功率不再增加。
放大器
放大器是另一种利用增益系数和增益饱和效应的激光器件。放大器的主 要功能是将输入的弱信号放大，输出强激光。
在放大器中，增益介质中的粒子数反转程度决定了放大器的增益效果。 当输入信号通过增益介质时，会激发粒子数反转，产生光放大效应。
增益饱和效应在放大器中也有所体现，它限制了放大器的最大输出功率。 当输入信号的功率过高时，增益介质中的粒子数反转会降低，导致增益 系数减小，从而限制了放大器的输出功率。
05
结论
激光器工作原理的重要性
激光器在现代科技中具有广泛应用，如通信、医疗、工业等 领域，因此理解其工作原理对于技术应用和改进至关重要。
增益系数与增益饱和是激光器工作原理中的核心概念，深入 理解它们有助于优化激光器的性能，提高输出光束的质量。
对未来研究的展望
随着科技的不断发展，激光器的应用领域将更加广泛，对激光器的性能要求也将更加严格。因此，对 激光器工作原理的深入研究，特别是增益系数与增益饱和机制的探索，具有重要的理论意义和实际价 值。
未来研究可以进一步探索增益系数的物理机制，以及如何通过材料和器件结构的优化来提高增益饱和 阈值，从而实现更高功率、更稳定、更高效的激光输出。同时，研究增益系数与增益饱和的动态变化 特性，对于激光器的瞬态行为和调谐性能的掌握也具有重要意义。
非链式脉冲DF激光器放电生成物处理技术
２ 非链式脉冲 ＤＦ激光器的消激发 作用
非链式脉冲 ＤＦ激光通常采用含 ＳＦ６和 Ｄ２或
碳氘化合物在放电引发方式下产生。其中工作气
体发生的反应主要包括：
ＳＦ６ ＋ｅ→ Ｆ＋ＳＦ５ ＋ｅ， Ｆ＋Ｄ２→ ＤＦ（ｖ）＋Ｄ， ＤＦ（ｖ）＋Ｍ → ＤＦ（ｖ－１）＋Ｍ ，
（１） （２） （３）
ＤＦ（ｖ）→ ＤＦ（ｖ－１）＋ｈν． （４）
ｍｏｌｅｃｕｌａｒｓｉｅｖｅ
１ 引 言
氟化氘（ＤＦ）激光输出波段为 ３５～４１μｍ， 中心波长为 ３８μｍ，处于 ３～５μｍ中红外波段。 中红外波段传输效率高，衰减小，包含众多原子和 分子的特征吸收谱，被广泛应用于激光雷达光源、 激光 光 谱 学、大 气 监 测 和 军 事 光 电 对 抗 等 领 域［１７］。非链式脉冲 ＤＦ激光器为化学激光器，其 工作气体通常为 ＳＦ６和 Ｄ２或碳氘化合物。工作气 体在高压放电条件下会发生化学反应，生成激发 态的 ＤＦ分子，产生粒子数反转。通过能级跃迁， 处于振动激发态的 ＤＦ分子产生受激辐射，在谐 振腔中振荡放大从而产生激光输出。值得注意的 是，工作气体放电过程中还会产生其他放电生成 物，如基态的 ＤＦ分子和水分子等。这些分子会 对激发态的 ＤＦ分子产生碰撞弛豫，形成无辐射 跃迁，导致重频工作下激光输出能量快速降低，严 重影响激光输出的稳定性。为解决激活介质的消 耗问题，需要利用分子筛材料对放电生成物中的 有害污染物（主要为基态的 ＤＦ气体分子）进行吸 附，从而使激光器在一次充气条件下，能够长时间 稳定 工 作。因 此 美［８］、法［９，１０］、英［１１］、俄［１２］等 世 界各国在开展该类激光器研究伊始，就在激光器 中设计加入各种吸附装置，填充各种固体吸附剂， 以实现对消激发物质的吸附，从而实现激光器的 重频运转。我国也非常重视非链式脉冲 ＤＦ激光 器的研究和应用。中国科学院电子学研究所柯常 军团队利用碱性分子筛作吸附剂，使 ＤＦ激光器 以 １～３Ｈｚ重频运转，在单次充气情况下，累积 １０００个激光脉冲后，输出能量仅下降 ２０％［１３１４］。 西北核技术研究所开展了类似的研究，其研究团
DFB 激光器
DFB 激光器性能参数2005/3/7/11:54DFB激光器是在FP激光器的基础上采用光栅虑光器件使器件只有一个纵模输出，此类器件的特点：输出光功率大、发散角较小、光谱极窄、调制速率高，适合于长距离通信。
多用在1550nm波长上，速率为2.5G以上。
DFB激光器有以下性能参数：工作波长：激光器发出光谱的中心波长。
边模抑制比：激光器工作主模与最大边模的功率比。
-20dB光谱宽度：由激光器输出光谱的最高点降低20dB处光谱宽度。
阈值电流：当器件的工作电流超过阈值电流时激光器发出相干性很好的激光。
输出光功率：激光器输出端口发出的光功率。
其典型参数见下表所示：普通结构的分布反馈半导体激光器(DFB-LD)，在高速调制状态下会发生多模工作现象，从而限制了传输速率。
因此，设计和制作在高速调制下仍能保持单纵模工作的激光器是十分重要的，这类激光器统称为动态单模(DSM)半导体激光器。
实现动态单纵模工作的最有效的方法之一，就是在半导体激光器内部建立一个布拉格光栅，依靠光栅的选频原理来实现纵模选择。
分布反馈半导体激光器的特点在于光栅分布在整个谐振腔中，光波在反馈的同时获得增益。
因为DFB-LD的谐振腔具有明显的波长选择性，从而决定了它们的单色性优于一般的FP-LD。
在DFB-LD中存在两种基本的反馈方式，一种是折射率周期性变化引起的布拉格反射，即折射率耦合(Index-Coupling)，另一种为增益周期性变化引起的分布反馈，即增益耦合(Gain-Coupling)。
与依靠两个反射端面来形成谐振腔的FP-LD相比，DFB-LD可能激射的波长所对应的谐振腔损耗是不同的，也就是说DFB-LD的谐振腔本身具有选择模式的能力。
在端面反射为零的理想情况下，理论分析指出：折射率耦合DFB-LD在与布拉格波长相对称的位置上存在两个谐振腔损耗相同且最低的模式，而增益耦合DFB-LD恰好在布拉格波长上存在着一个谐振腔损耗最低的模式。
第五章 连续激光器的增益和工作特性
S32 E2 S21 A21 W21 W12 E1 S10
5.0小信号增益系数
• 在连续运行状态下： dn0 dn3 dn2 dn1 0
dt dt dt dt
• 由于 S10 W03 , S32 W03 , n3 A30可忽略 ： W03 dn3 n3 n0 0 n0W03 n3 S32 A30 S32 dt dn0 W03 n1S10 n0W03 n3 A30 n1 n0 0 dt S
H / 2
2
– 在Iν<<IS时，即小信号情况下，增益系数与光强无关，小信号增益 系数为：
0 H / 2 1 I / I S
2 2
GH 0 GH 0 0
H / 2
2
2 2
0 H / 2
5.2非均匀加宽工作物质的增益系数
• 这一部分粒子的饱和行为可以用均匀加宽情况下 得出的公式描述：
d n / dt 0 且
n0 n
dt
n
2
为什么？
nW03 2 nW03 2 n0 n 1 A21 g H , 0 N 2 / n 1 A21 g H , 0 2 I / n h 0 c 1 21v 2 N
0
5.0小信号增益系数
• A、均匀加宽
GH n
0
H / 2 g H , 0 2 2 0 H / 2
2
0
H / 2 A21 2 2 2 3 4 H 0 H / 2
v
0
0
IS
2
5.1均匀加宽工作物质增益系数
连续激光器的增益和工作特性学习教案
03
激发态积累
是指激光介质中的粒子被激发到高能级状态，然后积累到足够数量后，产生激光输出。
光增益的基本概念
01
光增益
是指通过激光介质中的粒子数反转和激发态的积累，使得激光输出能量高于输入能量。
02
粒子数反转
是指激光介质中的粒子数分布不均匀，高能级的粒子数多于低能级的粒子数，从而使得光子被放大。
色散
频率和线宽
04
连续激光器的应用和发展趋势
高功率连续激光器可用于金属和非金属材料的切割，具有切割速度快、切口质量好等优点。
激光切割
连续激光器可用于精密零件的焊接，如汽车零部件、电子元件等。
激光焊接
连续激光器在军事领域可用于激光制导、激光雷达、激光武器等方面。
军事应用
工业加工和军事应用
科研和测量领域的应用
是指激光介质对不同波长的光有不同的折射率，导致光在介质中传播速度不同，从而引起光的散射。
吸收
是指激光介质对某些波长的光有吸收作用，使得这些光无法到达激光器输出端。
增益介质的色散和吸收
增益饱和
是指随着输入光的增强，激光介质的增益效果会逐渐减弱，导致输出光强度达到饱和状态。
竞争效应
是指多个光子同时激发一个粒子时，会产生竞争现象，导致输出光的相位和频率发生变化。
增益介质
泵浦源
谐振腔
反射镜
为增益介质提供能量，使其处于激发状态。
用于选择和放大特定波长的光，并控制光束的质量。
用于反射谐振腔内的光，帮助形成激光束。
1
激光器的工作原理
2
3
通过泵浦源提供的能量，增益介质被激发到高能级状态。
泵浦源激发增益介质
当增益介质从高能级返回到基态时，释放出能量，产生光子。
《半导体光电子学课件》下集4.7 分布反馈(dfb)半导体激光器
LD容线宽、单纵模工作（高速、动态 调制）
一.概述
1. F-P腔LD 光反馈由腔两侧的反射镜集中提供，介质的 介电常数沿腔长方向保持不变。
x
~ ( x, y )
z
y
2. 分布反馈谐振腔 光反馈是沿腔长方向逐点反馈获得，介质的 介电常数沿腔长方向是周期性变化
~ ~ ~ ~ ( x, y, z), n ; n ( x, y, z), N n jk
na 耦合常数 k 0 表示两波之间耦合强弱的量 0
S(z)
R(z)
-L/2
z
L/2
三.DBF的模式特性与增益特性
1. 模式特性（DBF－LD谐振波长） 1 2 0 b [( q )b / 2n L] 2
讨论：①谐振波长的间隔 0 2n L ②以 b 为中心对称分布 ③无论q取任何值，均匀波纹光栅DBFLD中0 b ④ 以b 为中心存在一个截至带宽 sb
0 )
光波导中折射率按如下正弦变化
n ( z ) n na cos kz kf 消光系数： a f 0 2
带入波动方程
场吸收系数
当λ较小～0.2μm,
较大 → 布拉格波长 m 附近有一对方向相反的强衍射光，因而设介 m 质内电场为正、负行波之和 m
有源区 DBR区
r1
req
三电极结构：有源区电极，相位控制区电极：
DBR光栅反射的电极靠改变光栅区的电流改 变n从而改变布拉格波长，改变激射波长，改 变相位控制区的电流实现相位匹配，从而实 现波长的无跳模调谐。
相位 调谐光栅
二.Bragg反射基本工作原理
晶体中原子或晶格衍射 散射光相互形成干涉增 强
非链式脉冲DF激光器的关键技术(英文)
，
Ｘ ＥＪ－ａｇ ， Ａ ｉ ｕ ， Ｕ ｏ ｇ， Ｉ ｉｉ Ｐ Ｎ Ｑ — ｎ ｊｎ ｋ Ｌ Ｏ Ｃ ｎ
（ ． ｔｔ Ｋ ｙＬ ｂｒｔ ｙｏ ａｅ Ｉｔ ａｔ ｎｗｔ ｔ ｒＣ ａ ｇ ｈ ｎＩｓ ｔ ｅｏ ｐｉ ， １ Ｓａｅ ｅ ａ ｏａｏ Ｌ ｓ ｎｅ ｃ ｏ ｉ Ｍａｔ ， ｈ ｎ ｃｕ ｔｕ ｏ ｔｓ ｒ ｆ ｒ ｒ ｉ ｈ ｅ ｎ ｉｔ ｆ ｃ
，
ａ ｄ ｒ ｃｒ ｕ ａｉ ｇ ａ ｄ ｃ ｏｉ ｇ ｗｅ ｅ ｉｔｏ ｕｃ ｄ．Ｐ ｒｉｕｌｒｅ ｈ ｓｓｗａ ｕ ｎ ｓ ｌ．ｎｉ ａｅ ｏｕｍｅ ｄ ｓ ｈ ｒ ｅ ｎ ｅ ｉｃ ｌｔｎ ｎ ｏ ｌｎ ｒ ｎ ｒ ｄ ｅ ａ ｔｃ ａ ｍｐ ａ ｉ ｓｐ ｔｏ ｅ ｆｉ ｔ ｔ ｄ ｖ ｌ ｉ ｉｃ ａ ｇ Ｔｈ ｓ ｅ ｈ ｏ ｏ ｉ ｓｗｉｌｐ ｏ ｉ ｅ ｔ ｅ ｒ ｔｃ ｌｇ ｉ ａ ｃ ｓ ｆｒｔ ｅ ｆ ｔ ｅ ｅ ｅ ｒ ｈ ｏ ｅ ｅ ｔｃ ｎ ｌｇ ｅ ｌ ｒ ｖｄ ｈ ｏｅ ｉａ ｕ ｄ ｎ ｅ ｏ ｈ ｕｒｈ ｒ ｒ ｓ ａ ｃ ｎ ＤＦ ａ ｅ ｓ ｌｓ ｒ
．
．
Ｋｅ ｒ ｙ ｗｏ ｄｓ：ｎ ｎ－ ｈ ｉ ｏ ｃ ａ ｎ ＤＦ ａ ｅ ； ｅｆｉ ｔａｅ ｏ ｕ ｉｃ ｒ ｅ； ｘ ｕ ｅ ｇ ｓ ｒｔｏ； ｅ ｉｃ ｌｔｎ ｎ ｏ ｌ ｇ ｌｓ ｒ ｓ ｌ－ｎｉ ｔｄ ｖ ｌ ｍｅ ｄ ｓ ｈａ ｇ ｍｉｔ ｒ ａ ａｉ ｒ ｃ ｒ ｕ ａｉ ｇ ａ ｄ ｃ ｏ ｉ ｉ ｎ
摘要 ： 基于化学反应 的非链式脉 冲 Ｄ Ｆ激光器是产生 ３ ５— ． ｍ波段 的有效相干辐射 光源 ， 有存储 能量 水平高 等优 ． ４１ 具
紫外预电离放电引发的非链式脉冲DF激光器
紫外预电离放电引发的非链式脉冲DF激光器阮鹏;谢冀江;张来明;潘其坤;杨贵龙;郭劲;李世明;高飞;谭改娟【摘要】采用紫外预电离的横向放电方式和稳定光学谐振腔,使用无毒无腐蚀性的六氟化硫(SF6)和氘气(D2)作为工作物质,研究了工作气体配比、总气压对放电引发非链式脉冲氟化氘(DF)激光器输出能量的影响.实验发现SF6与D2的最佳比例为10∶1,最佳总气压为10.5 kPa.使用DF激光谱线分析仪对激光输出谱线进行了测量,得到了17条P支跃迁谱线,激光能量集中在3.876μm附近的几条谱线.利用烧蚀光斑的方法测得输出激光束水平方向、垂直方向的发散角均为1 mrad.在最佳工作条件下,充电电压为39 kV时,激光单脉冲输出能量达到最大值3.58 J,此时激光脉冲宽度为215 ns,峰值功率为16.65 MW,电光转换效率为2.08％.【期刊名称】《发光学报》【年(卷),期】2013(034)004【总页数】6页(P450-455)【关键词】脉冲DF激光器;紫外预电离;放电引发;非链式;输出特性【作者】阮鹏;谢冀江;张来明;潘其坤;杨贵龙;郭劲;李世明;高飞;谭改娟【作者单位】中国科学院长春光学精密机械与物理研究所激光与物质相互作用国家重点实验室,吉林长春130033;中国科学院大学,北京100049;中国科学院长春光学精密机械与物理研究所激光与物质相互作用国家重点实验室,吉林长春130033;中国科学院长春光学精密机械与物理研究所激光与物质相互作用国家重点实验室,吉林长春130033;中国科学院长春光学精密机械与物理研究所激光与物质相互作用国家重点实验室,吉林长春130033;中国科学院大学,北京100049;中国科学院长春光学精密机械与物理研究所激光与物质相互作用国家重点实验室,吉林长春130033;中国科学院长春光学精密机械与物理研究所激光与物质相互作用国家重点实验室,吉林长春130033;中国科学院长春光学精密机械与物理研究所激光与物质相互作用国家重点实验室,吉林长春130033;中国科学院长春光学精密机械与物理研究所激光与物质相互作用国家重点实验室,吉林长春130033;中国科学院大学,北京100049;中国科学院长春光学精密机械与物理研究所激光与物质相互作用国家重点实验室,吉林长春130033;中国科学院大学,北京100049【正文语种】中文【中图分类】TN248.51 引言基于化学反应的DF激光器输出波段为3.5～4.2μm，处于大气传输窗口，因其覆盖了众多原子及分子的吸收峰，所以在光谱学、激光雷达、大气监测及军事等诸多领域都有重要的应用价值和前景［1-4］。
DFB 激光器
DFB 激光器性能参数2005/3/7/11:54DFB激光器是在FP激光器的基础上采用光栅虑光器件使器件只有一个纵模输出，此类器件的特点：输出光功率大、发散角较小、光谱极窄、调制速率高，适合于长距离通信。
多用在1550nm波长上，速率为2.5G以上。
DFB激光器有以下性能参数：工作波长：激光器发出光谱的中心波长。
边模抑制比：激光器工作主模与最大边模的功率比。
-20dB光谱宽度：由激光器输出光谱的最高点降低20dB处光谱宽度。
阈值电流：当器件的工作电流超过阈值电流时激光器发出相干性很好的激光。
输出光功率：激光器输出端口发出的光功率。
其典型参数见下表所示：普通结构的分布反馈半导体激光器(DFB-LD)，在高速调制状态下会发生多模工作现象，从而限制了传输速率。
因此，设计和制作在高速调制下仍能保持单纵模工作的激光器是十分重要的，这类激光器统称为动态单模(DSM)半导体激光器。
实现动态单纵模工作的最有效的方法之一，就是在半导体激光器内部建立一个布拉格光栅，依靠光栅的选频原理来实现纵模选择。
分布反馈半导体激光器的特点在于光栅分布在整个谐振腔中，光波在反馈的同时获得增益。
因为DFB-LD的谐振腔具有明显的波长选择性，从而决定了它们的单色性优于一般的FP-LD。
在DFB-LD中存在两种基本的反馈方式，一种是折射率周期性变化引起的布拉格反射，即折射率耦合(Index-Coupling)，另一种为增益周期性变化引起的分布反馈，即增益耦合(Gain-Coupling)。
与依靠两个反射端面来形成谐振腔的FP-LD相比，DFB-LD可能激射的波长所对应的谐振腔损耗是不同的，也就是说DFB-LD的谐振腔本身具有选择模式的能力。
在端面反射为零的理想情况下，理论分析指出：折射率耦合DFB-LD在与布拉格波长相对称的位置上存在两个谐振腔损耗相同且最低的模式，而增益耦合DFB-LD恰好在布拉格波长上存在着一个谐振腔损耗最低的模式。
第4章激光器的工作特性
n3 0
n 1W 1 3 n 3 S 3 2 A 3 1
n3 S 32
1
g2 n2 n1 2 1 , 0 v N l n 2 S 2 1 A 2 1 n 3 S 3 2 dt g1
泵浦效率 1 S 32 S 32 A31
11
钕玻璃 7× 10 7× 10
12
Nd:YAG 1 .9 5 × 1 0 2 .3 × 1 0
11
He-Ne 1 .5 × 1 0 7× 10 10
9 9
－3
－4
－4
－9
)
8 .7 × 1 0
17
1 .4 × 1 0 1 .4 × 1 0 0 .4 0 .9 5 1400
18
1 .8 × 1 0 1 .8 × 1 0 1 4 .9 × 1 0 21
1 e
A 21
2
1W 1 3 t
讨论:1.经历两种变化过程
0<t<t0 激励过程中 t>t0
W 13 0
n2 n2
n2(t0)
泵浦脉冲撤除
dn dt
2
t0
n 2 A 21 2 n 2 A 21 S 21
光泵作用过程中, n2(t) 处于不断增长的非稳态 4.t0 >>t2 (长脉冲泵浦)
n 2 t
激励时间足够长
n 1 t n n 2 t A 21 n A 21 1 2W 13
1W 13 n
A 21
2
1W 13
n2 完成增长过程达到稳定值,可按稳态处理;n1也达到稳定值
连续激光器的增益和工作特性课件
连续激光器在皮肤科、眼科、外科等领域中有着 广泛的应用，如皮肤激光美白、激光矫正视力、 激光切除肿瘤等。
连续激光器的限制因素
能效低
连续激光器在工作过程中会产生大量的热量，需要大量的冷却水 进行冷却，能效较低。
成本高
连续激光器的成本较高，需要投入大量的资金进行研发和生产。
维护难
连续激光器需要定期进行维护和保养，需要专业技术人员进行操作 和维护，维护难度较大。
增益介质的作用
作为光放大介质，提供光子能量放大所需的介质。
增益的影响因素
注入电流
注入电流增加会导致增益增 加，但过大的电流会导致介
质损坏。
1
温度
温度对增益的影响主要是由 于温度变化导致介质折射率
和吸收系数变化。
波长
不同波长的光子在介质中的 吸收系数和散射系数不同， 因此会影响增益。
激光器结构
激光器结构会影响光子在介 质中的传播路径和吸收次数 ，从而影响增益。
果。
结合实验数据和图表，对连续激光器的增益和工作特性进行分 析，探讨不同参数对激光输出性能的影响及其物理机制。
06
案例研究与讨论
高功率连续激光器的研究与应用
总结词
高功率连续激光器在材料加工、医疗、军事等领域有 着广泛的应用，研究其增益和工作特性对于提高激光 器的性能和拓展应用领域具有重要意义。
详细描述
行热特性分析，以优化其设计和性能。
连续激光器的控制与稳定性研究
总结词
连续激光器的控制与稳定性对于其性能和应用至关重 要，通过对连续激光器进行控制和稳定性研究可以提 高其应用效果和可靠性。
详细描述
连续激光器的控制包括温度控制、功率控制等，这些控 制方法可以有效地提高连续激光器的稳定性和可靠性。 同时，通过对连续激光器的光束进行监测和控制，可以 提高连续激光器的光束质量和输出功率。此外，连续激 光器的稳定性也受到多种因素的影响，如增益介质的温 度变化、光学元件的变形等，需要对这些因素进行深入 研究和控制以提高连续激光器的稳定性和可靠性。
HF／DF化学激光器的研究进展
Ｇ Ｏ Ｒ － ａ Ｓ ｏ ｇ， Ｕ ｕ ｈ ｉ ＨＩ ｎ ＷＡＮ ｉｗ ｎ， Ｕ Ｃ ｉ ｔ ｇ ， Ｌ Ｇ Ｓ－ ｅ Ｗ ｕ— ｉ ￣ ｎ
（ Ｃ ａｇｈ ｎ ｎｔｕ １ ｈ ｎｃｕ ｓ ｔ ｅ ｆ＠ ｔｓ Ｆ ｅ ｃ ａｉ ｎ ｈｓ ｓ Ｃ ｉ ｓ ｃｄｍ ｃ ｎｅ， ． Ｉ ｉｔｏ ｉ ， ｉ ｈｎ ｓ ｄＰｙｉ ， ｈｎ ｅ ａｅ ｙｏ ｉ ｃｓ ｃ ｎ Ｍｅ ｃ ａ ｃ ｅ Ａ ｆＳ ｅ
ＣＨ４ Ｎ ｊ＋ ＋ ２Ｎ ＋ ＋ Ｆ ２ ＋ Ｆ一 Ｆ Ｆ ＋ ２ＨＦ Ｃ ４ ＿
器 、钕玻璃激光器、掺钕钇铝石榴石激光器等） 、半
导体激光器 （ 如砷化镓激光器 、锑化铟激光器 、硫
化锌激光器等） 、染料激光器 （ Ｎ ：Ａ 如 ｄ Ｇ染料激光 Ｙ
这样 ．通过喷嘴进入光腔的混合气体主要有 ６种化
ｃ ｓｅ ． ｕ ｓｄ
Ｋ ｙ ｒｓ ｃ ｅ ｃ ｓｒ； ｏ ｔ ｕ ｕ ａ ｅＨＦＤＦｌｓｒ； ｏ － ｈ ｉ； ｕｓｄＨＦＤＦｌｓｒ ｅ ｗｏ ｄ ： ｈ ｍｉａ ｌ ｅｓ ｃ ｎｉ ｏ ｓｗ ｖ ／ ｅｓ ｎ ｎ ｃａｎ ｐ ｌ ／ ｔＳ ｌ ａ ｎ ａ ｅ ｇｓ
１ 引
Ａｂ ｔ ｃ： ／ ｓｒ ａ ｅ ｎｄａ ｎ ｇｅ ｔ ｔ ｎｉｎｂ ｎ ｅｅ ｒｈ ｒ ｒ ｔ ｐ ｔｎｉｌ ｐ ｌ ａｉｎ ｓｍｉ－ｎ ｓｒ ｔ ＨＦＤＦｌ ｅｓｈ ｓ ｅ ｒｗ ｒａ ｔ ｔ ｙｍａ ｙｒｓａｃ ｅｓ ｏ ｓ ｏｅ ｔ ｐｉ ｔ ｓａ ｄ ｉ－ ａ ａ ｂ ａｅ ｏ ｆ ｉ ａａ ｃ ｏ
中图分类号 ： Ｎ ４ ． Ｔ ２８ ２ 文献标识码 ：Ａ
ＤＯＩ １ ．７ ８０ＭＥ ０ ０ ７ ３０ ３ ： ０３ ８ ／ ｌ １ ２ ０ ．０ ０ ２
Ｄｅ ｅｏ ｍｅ ｔＲｅ ｉｗ ｆ ／ ｅ ｃ ｌ ａ ｅ ｓ ｖ ｌｐ ｎ ｖｅ ｏ ＤＦ Ｃｈ ｍｉａ ｓ ｒ ＨＦ Ｌ
激光原理及应用复习资料(1)
尖峰：激光器开启时所发生的不连续的、尖锐的、大振幅脉冲。 （激光尖峰与弛豫振荡具体内容见书） 24.兰姆下陷：当激光器振荡模的频率被调谐至介质跃迁中心频率 0 时，输出功 率呈现出某种程度的降低。下陷宽度（介质中均匀加宽的线宽）。 25.均匀加宽激光器的模竞争：当数个模同时起振时必然存在诸模竞争反转原子
（3.添加）激光器的分类（记两三个例子）：
①按工作物质的物态分类：气体激光器：氦氖激光器，co2 激光器，氩离子激
光器等。
②固体激光器：红宝石激光器，钇铝石榴石激光器，硅酸盐等。
③半导体激光器：砷化镓，硫化镉。
④液体激光器：。。化学激光器：。。自由电子激光器：。。X 射线激光器。。光纤激
光器。
第二章：激光的物理学基础
q q 1 -q C （详见书）。 2nL
29.横模图形及线偏振腔模结构见书 30.解释①横模：腔内电磁场在垂直于其传播方向的横向 X-Y 面内也存在稳定的 场分布，称为横模。 解释②横模：在腔镜面上经过一次往返传播后能“自再现”的稳定光场分布称 为自再现模或横模。 ③横模特点：光能集中在光斑中心部分，而边缘部分光强甚小。
则处于低能级 E1 上的院子由于吸收这个能量为 h 21 的光子而受到激发跃迁到高
能级 E2 上去，此物理过程称为光的受激吸收。
第6章 激光器的工作特性
E pt
1
21
F
P144，表6-1列出三种典型激光器振荡条件的计算值。激光器 工作物质长度10cm，输出反射镜透过率50%，内部损耗为0； n0 1.9 1019 cm 3 红宝石中铬粒子密度
三种典型激光器振荡条件的计算值
6.3
激光器的振荡模式
6.3.1 起振纵模数 思考：激光器中能够起振的模式数有多少 ？
（2）非均匀加宽激光器中的多纵模振荡
6.4 连续激光器的输出功率
小信号增益系数 腔内光强增大： 增益系数 g ( q , I q ) 下降（增益饱和作用）
g ( ) 阈值增益系数
0
gt
g( q , I q ) gt
T1 0
l
稳定工作状态
T2 T
I I
6.4.1 均匀加宽单模激光器
激发增强
2.纵模在烧孔内的竞争 腔长较大时，纵模频率间隔足够小，烧孔重叠，两个纵 模共用同一部分反转粒子数，所以存在模竞争。
总结： 1. 激光器的运转方式 脉冲激光器 各能级粒子数及腔内光子数处于变化中，系统处于非稳定态 连续激光器 各能级粒子数及腔内光子数处于稳定状态
dn dN dt 0 ， i dt 0
常见脉冲激光器：钇铝石榴石（YAG） 激光器、红宝石激 光器、钕玻璃激光器、 氮分子激光器、准分子激光器等。
2. 连续激光器 输出功率一般都比较低，适合于要求激光连续工作（激光 通信、激光手术等）的场合
以连续光源激励的固体激光器和以连续电激励方式 工作的气体激光器及半导体激光器，均属此类 3. 准连续激光器(Quasi-continuous-wave :QCW) 泵浦功率有很短时间间隔的关断以减小热影响。
非链式HF/DF激光器的研究进展
第8卷 第3期2015年6月 中国光学 Chinese Optics Vol.8 No.3 Jun.2015 收稿日期:2014⁃12⁃16;修订日期:2015⁃02⁃11 基金项目:科技部国际合作专项基金资助项目(No.2011DFR10320);国家重点实验室自主基础研究课题(No.SKLLIM1310⁃01)文章编号 2095⁃1531(2015)03⁃0340⁃10非链式HF /DF 激光器的研究进展王 旭1,2,谢冀江1∗,潘其坤1,王春锐1,邵春雷1,邵明振1(1.中国科学院长春光学精密机械与物理研究所激光与物质相互作用国家重点实验室,吉林长春130033;2.中国科学院大学,北京100049)摘要:HF /DF 激光器是中红外波段能提供最高能量输出的激光光源,也是中红外波段应用非常广泛的相干光源。
本文介绍了近几年国内外关于非链式HF /DF 激光器的研究进展及其成果应用,分析了非链式HF /DF 激光器在应用方面的优缺点,总结了实现非链式HF /DF 激光输出的关键技术和存在的问题,指出了该技术的未来发展方向。
关 键 词:HF /DF 激光器;非链式;放电引发方式;激光应用中图分类号:TN248.2 文献标识码:A doi:10.3788/CO.20150803.0340Research progress of non⁃chain HF /DF laserWANG Xu 1,2,XIE Ji⁃jiang 1∗,PAN Qi⁃kun 1,WANG Chun⁃rui 1,SHAO Chun⁃lei 1,SHAO Ming⁃zhen 1(1.State Key Laboratory of Laser Interaction with Matter ,Changchun Institute of Optics ,Fine Mechanics and Physics ,Chinese Academy of Sciences ,Changchun 130033,China ;2.University of Chinese Academy of Sciences ,Beijing 100049,China )∗Corresponding author ,E⁃mail :laserxjj@Abstract :HF /DF laser is a laser light source offering the highest output energy in the mid⁃infrared wave band.It is also a coherent source with wide application prospect.The research production and application of the non⁃chain HF /DF laser are reviewed in this paper.The advantages and disadvantages of the non⁃chain HF /DF laser are analyzed in the application field.The key techniques and problems generating the non⁃chain HF /DF laser are concluded and analyzed.The future development directions of the non⁃chain HF /DF laser are pointed out.Key words :HF /DF laser;non⁃chain;discharge initiate;laser application1 引 言 辐射波段2.7~3.1μm(HF),3.5~4.2μm (DF)的HF/DF化学激光器[1⁃3],由于其易于实现高功率输出、光束质量好、辐射光谱丰富等特点被广泛地应用于光电对抗、环境检测、激光雷达、激光化学、激光光谱学等领域[4⁃11]。
重复频率放电引发的脉冲HFDF激光器
第36卷，增刊红外与激光工程2007年6月V bl．36Sup pl em ent IIlf删aIld k峙e r Engi n∞血g J un．20(}7重复频率放电引发的脉冲H F(D F)激光器柯常军，张阔海，孙科，谭荣清，吴谨，王东蕾(中国科学院电子学研究所，北京100080)摘要：研制了一台重复频率放电引发的脉冲耶(D F)激光器，采用了横向放电、横向流动和侧面滑闪预电离结构，该激光器的有效增益体积为80cm也．5cm×2cm，最大输出激光脉冲能量1．6(1．2)J，重复频率1～3H z，采用特种碱性分子筛吸附剂对化学反应生成物进行吸收，激光器在准封离状态下以重复频率2H z运转，103个脉冲后激光脉冲能量仅有20％的下降。
关键词：激光器；脉冲H F／D F激光器；重复频率放电；碱性分子筛吸附剂中图分类号：TN248．5文献标识码：A文章编号：1007—2276(2007)增(激光)．0036．03A pe r i odi caU y pul sed H F／D F gas di schar ge l as erK E C h锄g-j un，Z H A N G K|uo—hai，S U N K e，T A N R ong—qi ng，W U—Ji n，W A N G D0ng—l ei(h l sdnIt c of El∞仃oIl i cs。
C hi l Ie∞A cadem y0f Sciences，B喇i ng l O0080，chi m)A bs t r act：A per i O di c al l y pul s ed H F／D F gas di sc t Ia曙e l a se r w i m an a ct i V e m edi umV ol um e of80cm×2．5cI n×2c m i s descr i bed．A pul s e r epe t i t i on r at e of1～3H z al l d out put ene唱y of1．6(1．2)J pef pul s e haV e be en obt ai ned．A出al escent Zeol i t e-bas ed abs or ber is us ed t o st a bi l i ze tl l e l a se r pul s e ener g)r w i t h吐l ef or ced c i r cul a t i on of m e1a se r r Il i xt ure。
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摘
要 ：为 了研 究非链 式脉 冲 撞 加 宽和 多普勒 加 宽 对增
益 系数 影 响 的基础 上 ， 运 用变耦 合 率法给 出了计 算增益 系数 的 简便 公 式 。利 用光 阑移 动 扫描 采样 法 ， 实验 测量 了不 同输 出镜透 过 率条 件 下 Ｄ Ｆ激 光 器增 益 区横 截 面上 各 采样 点 的激 光输 出功率 。对 于每
个 采样 点 ， 计 算得 到 两个独 立 的增 益 系数 ， 其标 准 差 小于 ３ ％。激 光 平均 增 益 系数 为 ２ ． ５ ９ ４ ３ ｍ～ ， 非 输
出损 耗 系数 为 １ ． ２ ４ ３ ５ ｍ～ 。对 各采样 点 的增 益 系数进行 二 维插值 ， 结果 显示在 激 光增 益 区横 截 面上 增 益 系数 呈现 中央高 、 边缘低 的超 高斯 分 布 。 研 究成果 可 为非链 式脉 冲 Ｄ Ｆ激 光 器谐 振腔 和 电极 结 构设
计提 供依 据 ， 并 可为 该激 光 器的 气体 放 电均 匀性 分析提 供 参考 。
关 键词 ： ＤＦ激 光 器 ； 增益 分布 ； 变耦合 率 法 ； 二 维插值
中图分 类号 ： Ｔ Ｎ ２ ４ ８ ． ５ 文献标 志码 ： Ａ 文 章 编 号 ：１ ０ ０ ７ — ２ ２ ７ ６ （ ２ ０ １ ４ ） ０ ２ — ０ ３ ６ ０ — ０ ５
潘 其坤 １ ， ２ ， 谢 京江 ， 谢 冀 江 ， 张 来明 ， 阮 鹏 一 ， 杨 贵龙 ， 郭 劲
（ １ ． 中 国科 学 院长春 光 学精 密机 械 与物 理研 究所 激 光 与物质 相 互作 用 国家重 点 实验 室 ， 吉林 长春 １ ３ ０ ０ ３ ３ ；２ ． 中国科 学 院大 学 ， 北京 １ ０ ０ ０ ４ ９ ）
Ａ ｃ ａ ｄ ｅ ｍｙ ｏ ｆ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ｓ ，Ｃ ｈ ａ ｎ ｇ ｃ ｈ ｕ ｎ １ ３ ０ ０ ３ ３ ， Ｃｈ ｉ ｎ ａ ；２ ． Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ Ｃ ｈ ｉ ｎ ｅ ｓ ｅ Ａ ｃ ａ ｄ ｅ ｍｙ ｏ ｆ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ｓ ，Ｂ ｅ ｉ ｊ ｉ ｎ ｇ １ ０ ０ ０ ４ ９ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
Ｉ ｎ ｖ ｅ ｓ ｔ ｉ ｇ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｎ ｇ ａ ｉ ｎ ｄ ｉ ｓ ｔ ｒ ｉ ｂ ｕ ｔ ｉ ｏ ｎ ｃ ｈ ａ ｒ ａ ｃ ｔ ｅ ｒ ｉ ｓ ｔ ｉ ｃ ｏ ｆ ｎｏ ｎ— ｃ ｈａ ｉ ｎ
ｐ ｕ ｌ ｓ ｅ ｄ ＤＦ ｌ ａ ｓ ｅ ｒ
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（ １ ． Ｓ ｔ ａ ｔ ｅ Ｋ ｅ ｙ Ｌ ａ ｂ ｏ ｒ ａ ｔ ｏ ｒ ｙ ｏ ｆ Ｌ ａ ｓ ｅ ｒ Ｉ ｎ ｔ ｅ ｒ ａ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｗ ｉ ｔ ｈ Ｍａ ｔ ｔ ｅ ｒ ， Ｃｈ ａ ｎ ｇ ｃ ｈ ｕ ｎ Ｉ ｎ ｓ ｔ ｉ ｔ ｕ ｔ ｅ ｏ ｆ Ｏｐ ｔ ｉ ｃ ｓ ， Ｆ ｉ ｎ ｅ Ｍｅ ｃ ｈ ａ ｎ ｉ ｃ ｓ ａ ｎ ｄ Ｐ ｈ ｙ ｓ ｉ ｃ ｓ ，Ｃ ｈ ｉ ｎ ｅ ｓ ｅ
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ：Ｉ ｎ ｏ ｒ ｄ ｅ ｒ ｔ ｏ ｉ ｎ ｖ ｅ ｓ ｉ ｔ ｇ ａ ｔ ｅ ｔ ｈ ｅ ｇ ａ ｉ ｎ ｄ ｉ ｓ ｔ ｒ ｉ ｂ ｕｔ ｉ ｏ ｎ ｃ ｈａ ｒ ａ ｃ ｔ ｅ ｒ ｉ ｓ ｔ ｉ ｃ ｏ ｆ ｎ ｏ ｎ— ｃ ｈ ａ ｉ ｎ ｐ ｕ ｌ ｓ ｅ ｄ ＤＦ ｌ ａ ｓ ｅ ｒ ，ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ ｔ ｈｅ ｉ ｎ ｆ ｌ ｕ ｅ ｎ ｃ ｅ ｏ ｆ ｃ ｏ ｌ ｌ ｉ ｓ ｉ ｏ ｎ ｗｉ ｄ ｅ ｎ ａ ｎ ｄ Ｄｏ ｐ ｐ ｌ ｅ ｒ ｗｉ ｄ ｅ ｎ ｏ ｆ ｓ ｐ ｅ ｃ ｔ ｒ ｕ ｍ ｏ ｎ ｇ ａ ｉ ｎ ｃ ｏ ｅ ｉｃ ｆ ｉ ｅ ｎ ｔ ，ｔ ｈ ｅ ｓ ｉ ｍｐ ｌ ｅ ｅ ｑ ｕ ａ ｔ ｉ ｏ ｎｓ ｗｅ ｒ ｅ ｇ ｉ ｖ ｅ ｎ ｔ ｏ ｃ ａ ｌ ｃ ｕ ｌ ａ ｔ ｅ ｔ ｈｅ ｇ ａ ｉ ｎ ｃ ｏ ｅ ｉｃ ｆ ｉ ｅ ｎ ｔ ｕｓ ｉ ｎ ｇ ｈｅ ｔ ｖ ａ ｒ ｉ ａ ｂｌ ｅ ｏ ｕ ｔ ｐｕ ｔ ｃ ｏ ｕ ｐ ｌ ｉ ｎ ｇ ｍｅ ｔ ｈ ｏｄ ． Ｕｎ ｄ ｅ ｒ
第４ ３卷 第 ２期
ＶＯ１ ． ４３ Ｎ Ｏ． ２
红 外 与 激 光 工 程
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２ ０ １ ４年 ２ 月
Ｆｅ ｂ． ２ ０１ ４
非链 式 脉 冲 ＤＦ激 光 器 增 益 分 布 特性
ｈｅ ｔ ｃ ｏ ｎ ｄ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｏ ｆ ｄ ｉ ｆ ｆ ｅ ｒ ｅ ｎ ｔ ｏ ｕ ｔ ｐ ｕ ｔ ｍｉ ｒ ｒ ｏ ｒ ｒａ ｔ ｎ ｓ ｍｉ ｓ ｓ ｉ ｏ ｎ，ｕ ｔ ｉ ｌ ｉ ｚ ｉ ｎ ｇ ｈｅ ｔ ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｏ ｆ ｍｏ ｖ ｉ ｎ ｇ ｉ ｉｓ ｒ ｔ ｏ ｓ ｃ ａ ｎ ｓ ａ ｍｐｌ ｅ，