激光器输出功率与能量

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：
1 G0 0 l P I AT ATIs 1 2
连续或长脉冲激光器的输出功率

其中 为腔内往返净损耗 当 这时激光器的输出功率可以改写为：
T 1
时，
GH ( )
0 GH ( )
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
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
H 2 0 0 GH ( 1 ) GH ( 0 ) 2 H 2 1 0 2
0 G ( ) 0 GD ( 1 )＝ D 0 e I 1 Is 4 ln 2 ( 1 0 ) 2
2 D
非均匀加宽单模激光器

稳态工作时：
l 由此可以求出稳定工作 情况下的光强
2 4 ln 2 ( 1 0 ) 2 G0 0 l 2 D I Is e 1
T 2
1 2G0 0 l P ATIs 1 2 a T
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
n2 h pV
工作物质吸收的泵浦功 率为：
F h p V 阈值泵浦功率为： Ppt F 21 s l
连续或长脉冲激光器的输出功率
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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：

0 GH 0 当 1＝ 0时，GH ( 0 , I )＝ I l 1＋ Is
由此可以求出稳定工作 情况下的光强 G0 0 l I I s 1
H 2 1 0 2 0 G ( 1 , I1 )＝GH ( ) 2 I1 H 2 1 0 1 Is 2
2
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
2 v A21 0 0 0 GH ( 0 ) n n 21 2 2 4 0 H 2
小信号增益为：
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
GH ( )
0 GH ( )
GH ( , I1 )
0 1

连续或长脉冲激光器的输出功率
激光器输出功率与能量
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
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
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，I , I 分别在增益曲 线上烧两个孔，对于每一个孔起作用的 分别为 I , I ，因此振荡的增益系数为：

均匀加宽单模激光器
I
I_
l
T
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 2 I

均匀加宽条件下 I , I 同时参与饱和作用
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 随激发参数 G0 0 l 的增加而增加


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
1 2G0 0 l P ATIs 1 2 a T
GD ( 0 , I )＝

非均匀加宽单模激光器

输出功率为
2 4 ln 2 ( 1 0 ) 2 G0 0 l 2 D P ATI ATIs e 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：
非均匀加宽单模激光器

输出功率在中心频率处有一凹陷，称为 兰姆凹陷
Pp Ppt n2 21
Pp n0W03V h p
A21
Vh p n2
F s

l
G0 0 Gt
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：
Pp P KPpt 1 P pt

0 AT 其中 K F 2 P S
I I I 2I
增益系数饱和作用由烧孔内的光强共同决定
0 G 0) 0 D( GD ( 1 )＝ l I 1 Is
输出功率为：
2 4 ln 2 ( 1 0 ) 2 G0 0 l 2 1 D P ATI ATIs e 1 2