激光器输出功率与能量

P
I AT
1 2
ATI s
G0 0 l
1
连续或长脉冲激光器的输出功率
❖当
T时，1
T 其中 为腔内往返净损耗
2
❖ 这时激光器的输出功率可以改写为：
P
1 2
ATI
s
2G0 0
aT
l
1
连续或长脉冲激光器的输出功率
另外对于激光有：
G0 0 Pp
Gt
Ppt
工作物质吸收的泵浦功率为：
Pp
I1
)＝GH0
(
)
1
1
0
0
2
2
H
2
2
2
H
2
1
I1 Is
连续或长脉冲激光器的输出功率
❖ 但是由于饱和作用，增益系数随光强的增加 而减小
GH ( )
GH0 ( )
GH ( , I1 )
0 1
连续或长脉冲激光器的输出功率
❖ 这一过程持续到增益等于损耗，光强不再继 续增加，这时激光器建立稳定的工作状态
0
)2
2
1
非均匀加宽单模激光器
当振荡频率等于中心频率时这时腔内平均光强为：
I I I 2I
增益系数饱和作用由烧孔内的光强共同决定
输出功率为：
GD0
(
1
)＝
GD0 ( 0 )
1 I
l
Is
P
ATI
1 2
ATIs
G0
0
l
4ln 2(1 0 )2
e
2 D
2
1
非均匀加宽单模激光器
GH ( )
GH0 ( )
GH ( , I1 )
0 1
连续或长脉冲激光器的输出功率
❖ 均匀加宽单模激光器
I
T
I_
l
连续或长脉冲激光器的输出功率
I
I I_
l
Z
连续或长脉冲激光器的输出功率
❖ 如果激光器输出透过率
T 1
❖ 稳定工作条件下增益很小，净增益接近于零：
I I
I I I 2I
❖ 均匀加宽条件下
连续或长脉冲激光器的输出功率
❖ 激光器主要工作在阈值水平以上的条件 ❖ 在激发速率一定的条件下，激光器的输出功
率保持恒定（饱和输出功率） ❖ 当外界激发变化时，激光器的输出功率随之
变换，并保持恒定（新的饱和输出功率）
连续或长脉冲激光器的输出功率
激光器开始振荡，增益大于损耗，腔内的 光强不断增加
G(1,
同时参与饱和作用
I, I
连续或长脉冲激光器的输出功率
❖ 若激光器振荡频率为线形函数中心频率， 稳定工作时的增益系数为：
当1＝
0时，GH
(
0
,
I
)＝GH0 0
1＋ I
wenku.baidu.com
l
Is
由此可以求出稳定工作情况下的光强
I
I
s
G0
0
l
1
连续或长脉冲激光器的输出功率
❖ 设激光器输出光束的横截面积为A，则激光器 的输出功率为：
最佳输出透过率 ❖ 公式对T求微分有：
Tm 2G0la a ❖ 因此最佳透过率与腔内损耗和泵浦条件有关
最佳输出透过率
非均匀加宽单模激光器
❖ 同均匀加宽不同，当激光器振荡频率不等于
中心频率时，
分别I在, I增益曲线上烧两
个孔，对于每一个孔起作用的分别为
，
因此振荡的增I益, I系 数为：
GD0 (1)＝
❖ 输出功率在中心频率处有一凹陷，称为兰姆 凹陷
GD0 ( 0 )
1 I
e
4
ln
2(1
2 D
0
)2
Is
非均匀加宽单模激光器
❖ 稳态工作时：
GD
(
0
,
I
)＝
l
由此可以求出稳定工作情况下的光强
I
I
s
G0
0
l
e
4
ln
2(1
2 D
0
)
2
2
1
非均匀加宽单模激光器 ❖ 输出功率为
P
ATI
ATIs
G0
0
l
e
4
ln
2(1
2 D
n0W03V
h p
A21
F
Vh
p
n2
n2h pV F s
阈值泵浦功率为：
Ppt
h pV F 21 sl
Pp
Ppt
n2 21
G0 0
Gt
l
连续或长脉冲激光器的输出功率
❖ 于是激光器输出功率可以表示为：
❖ 其中
P
KPpt
Pp Ppt
1
K
0 AT 2 P S
F
连续或长脉冲激光器的输出功率
❖ 激光器的输出功率正比于饱和光强
GH
(
,
I
)＝
l
连续或长脉冲激光器的输出功率 ❖ 当外界激发增强时，小信号增益系数增大
小信号增益为：
H
2
GH0
( 1 )
GH0
(
0
)
1
0
2
2
2
H
2
GH0
( 0 )
n0
4
v2 A21
2 02 H
n0 21
连续或长脉冲激光器的输出功率
激光器的输出光强必须增加到更大的光强，才能满足稳定工作 条件
❖ 随激发参数
G0 的 0增l加而增加
❖ 激光器输出功率随泵浦功率线性增加
❖ 增加激光器的泵浦功率，工作物质长度，减 少损耗可以增加输出功率
最佳输出透过率
P
1 2
ATI
s
2G0 0
aT
l
1
可以看出透过率增加一方面作用可以增加输出功率，另一方面增加了损耗， 使阈值增加，导致腔内光强下降。因此存在一个最佳透过率Tm