脉冲激光器

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1 2
ATI
s
(n
q
)

G
0
(n
q
)l
1

激光器的激光输出功率与泵浦速率的关系:
G0 (n q )l G0 (n q )l n0 Wp

Gt0 (n q )l nt Wpt
Pout (n q )

1 2
ATI
s
(n
q
)


Wp Wpt
1


激光器的可能起振的振荡纵模数:
M n os n q
激光器的工作和输出特性——激光器的振荡模式和模式选择 激光器中的模竞争
增益曲线均匀饱和引起的自选模作用:多个满足阈值条件的纵模在振荡过程中 互相竞争,结果总是靠近中心频率v0的一个纵模得胜,形成稳定振荡,其他纵模都被 抑。
激光器的工作和输出特性——激光器的振荡模式和模式选择 均匀加宽激光器中的模竞争 增益的空间烧孔效应:由于谐振腔内的驻 波场分布,使得增益系数沿轴向呈现出不均 匀分布。
激光器的工作和输出特性 连续激光器的输出功率 激光器的稳定输出状态是如何建立起来的?
如果腔内某一振荡模式的频率为nq,开始时,G(nq,Inq)>Gt,腔内光强Inqh。当Inq增 至一定值时,出现增益饱和效应,随Iνqh,G(nq,Inq)i,直到降至G(nq,Inq)=Gt,增益 和损耗达到平衡,Iνq不再增加。这时,激光器建立了稳定工作状态。
①小孔光栏法
②聚焦光栏法
小孔
激光器的工作和输出特性——激光器的振荡模式和模式选择 横模选择 横模选择方法: 2.腔镜微倾斜:
偏折损耗和透射损耗之比大则高阶模的损耗大,对选模有利。
模式选择的目的:减少激光模式数,改善激光的方向性,提高单色性。
激光器的工作和输出特性——激光器的振荡模式和模式选择 横模选择 选模原理:采取一定的办法加大基模和高阶横模衍射损耗的差别,使高阶横 模的损耗大于增益不能振荡,而基模满足阈值条件,保存下来,达到选出基 横模的目的。
横模选择方法: 1.在谐振腔内加置限模光阑:
2Inq
T1=0
T2=T
I
nq
I
nq
L
从激光器中输出的激光束光强为: I out
(n q
)

I nq
T
1 2 Inq
T
激光器的工作和输出特性 均匀加宽单模激光器的输出功率 从激光器中输出的激光束功率为:A是输出截面积
Pout (n q )

AIout (n q )

1 2
AInq T
如何增大激光器的输出功率?
当外界激发作用增强时,小信号增益系数G0(n)增大,即饱和光强增大,此时Inq必须 增加到一个更大的值才能出现增益饱和效应,使G(nq,Inq)降低到Gt并建立起稳定工作 状态,因此激光器的输出功率增加。
但是,不管激发强或弱,稳态工作时激光器的信号增益系数总 是等于Gt !!
激光器的工作和输出特性 均匀加宽单模激光器的输出功率 均匀加宽放大器的增益系数为:
G(n
q
,
In q
)

G0 1
(n q )
In q

l
I s (n q )
腔内均匀加宽介质中建立起的稳态光强为:
In q

I
s
(n
q
)

G
0
(n
q
)l
1

In q

I nq
Inq
当振荡模频率nq≠n0时,I+和I-两束光在增益曲线上分别烧两个孔,对每一个孔起 饱和作用的分别是I+或I-,对增益饱和起作用的光强Inq = I+ 。
Pout (n q ) ATInq ATInq
当振荡模频率nq=n0时,I+和I- 与同一类原子相互作用,同时参与了该类原子的 增益饱和,对增益饱和起作用的光强In0 = I+ + I-= 2I+ 。
若存在另一非优势纵模,其腔内光强波腹分 布与优势模的波节重合,而获得较高的增益,从 而形成较弱的振荡。由于轴向空间烧孔效应,不 同纵模可以使用不同空间的激活粒子而同时产 生振荡,这一现象叫做纵模的空间竞争。
激光器的工作和输出特性——激光器的振荡模式和模式选择 激光器的模式选择 模式:在腔内可能存在的稳定光场的本征态,包括纵模和横模。 纵模:沿腔轴线方向电磁场的本征态。 纵模数表示激光振荡频率数,纵模数多,单色性差。 单一纵模单色性最好。 横模:在腔中垂直腔轴方向的电磁场的本征态。 不同的横模,光场分布不同,光束的发散角不同。 基横模光强是高斯形,光场分布均匀,发散角最小。 随着横模序数的增加,光场的范围加大,分布不均匀,发散角越来越大。 一般激光器中有很多模式振荡,实际的光场分布是复合模。为了改善激光 的方向性,必须选出基横模。
GD0 (n q ) 1 Inq Is (n q )

l

I nq

I
s
Fra Baidu bibliotek(n
q
)

GD0
(n
q
)l
2

1

非均匀加宽单模激光器的输出功率为:Pout (n q ) ATIn q
激光器的工作和输出特性 多普勒加宽单模激光器的输出功率——兰姆凹陷
T1=0
I nq
I nq
L
T2=T
激光器的工作和输出特性
非均匀加宽单模激光器的输出功率
多普勒加宽放大器的增益双烧孔效应:
Vz

nq n0 n0
c
Inq分别与运动方向相反的两组原子相互作用,引起 增益饱和,出现“双烧孔”。
腔内非均匀加宽介质中建立起的稳态光强为:
GD (n q , Inq )
激光器的工作和输出特性 连续激光器的输出功率
按照工作方式不同,激光器分为两类:连续激光器、脉冲激光器。 以不间断方式输出激光即为连续式,每间隔一段时间才输出一次即为脉冲式
本章的内容: 一、连续激光器的输出功率、振荡模式特性和模式选择 二、脉冲激光器的尖峰和驰豫振荡、调Q和锁模的基本原理
由于激活腔内光强分布不均匀,精确计算腔内各点光强是个复杂的问题。本 节由增益饱和效应出发估算稳态工作时的腔内平均光强,并在此基础上给出 粗略估算输出功率的方法。
Pout (n 0 )

ATIn0

1 2
ATIn0
激光器的工作和输出特性——激光器的振荡模式和模式选择 激光器的纵模频谱分布 谐振腔的纵模频率:
nq

q
c
2L
, nq

c
2L
增益曲线决定被放大光的频率范围n
振荡阈值条件决定振荡频率范围nos
nos n H
G0 (n )l 1
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