【正文】 ? ?DAnng????? DD?D? 2022120210004v 3S 3P 2P HeNe 2S 4. 小信號增益系數(shù)的實驗測量 激光器 放大介質 衰減片 探測器 探測器 分光板 反射鏡 二、增益飽和（ Gain Saturation）－ 大信號情況 ? 什么是增益飽和？ 增益系數(shù)隨光強的增大而減小的現(xiàn)象 ? 增益飽和的物理起因： 腔內光強增大到 一定程度 ???D?????? gnnWI 221? 頻率為 ?1, 光強為 I?1 的入射光作用下 (考慮受激輻射 ) 1. 反轉粒子數(shù)飽和 ? ? 03020,121 WnnNndtnd ?D?D??D???? v? ? ? ?? ?10020221203020221203011 1,1,1??????????????sIInhIWnNWnn?D?????Dv穩(wěn)態(tài) v01 ?? NhI ? ? ?11 sI ???D?? nI? ? ? ?? ? 12210 02210212HHsvnnIvI?????? ? DD ? D??D??? ? ??????? ??? ? ? ?012 1 1 2,shI ??? ? ? ??式 中? ?10 0 3 211snWnII???D?? 頻率為 ?1的強光的 飽和光強， 與線型函數(shù)成反比 0Δ Δnn反轉粒子數(shù)飽和 0 0 0 3 2Δ n = n W τ? ?1 1sII? ???? ?0010 1snnII??? D? D ??小信號情況 ? ?1 1sII? ?? ? ? ?2212 1 0 020,8A g? ? ? ? ???? v大信號情況 若為洛倫茲線型 ? ? ? ? 21 1 021ssHII? ? ?????????D??021 2shI ????式 中 中 心 頻 率 處 飽 和 光 強相同光強，不同入射光頻率情況下 中心頻率處， 飽和光強小，飽和作用最深； 偏離中心頻率越遠，飽和作用越弱 。 01 ???210000nnIIIInnssD?D??D?D??時 01 ??? 110 1 2 HsII? ??? D? ? ?若 （發(fā)生飽和的入射光頻率范圍） ?反轉粒子數(shù)飽和與腔內光強有關 同頻率不同光強情況下：光強越強，飽和越深 ?反轉粒子數(shù)飽和與入射光頻率有關 有顯著的飽和效應 ? ? ? ? 21 1 021ssHII? ? ??????? ??D??? 飽和光強 Is (?1)的重要性： ① 表征增益介質飽和與否的判據(jù) (小信號或大信號 ) 受激輻射造成 n2(Dn)的減小可以與其它自發(fā)輻射和無輻射躍遷造成的衰減可以相比擬 ? ? 03222 1 1 0 02d n n= Δ n σ ν , ν N + n Wdt τv? ?1 1sII? ??? 受激輻射造成 n2(Dn)的減小很小，可忽略 受激輻射使 n2(Dn)急劇減小，增益 ?0， 自發(fā)輻射作用減弱 ? ?1 1sII? ?? ?1 1sII? ???② 決定腔內光強和激光輸出功率的大小 HeNe: w/mm2 小功率 (幾十毫瓦 ) CO2: ～ 2w/mm2 Ar3+: 7w/mm2 ③ Is (?1)是激光工作物質的一個重要參量，其值決定于激光工作物質本身的性質，可由實驗測定。 ④ 不同的能級系統(tǒng)， Is (?1)的表達式不同 要求掌握從速率方程出發(fā)的推導方法 2. 均勻加寬介質的 大信號增益系數(shù) （ 增益系數(shù) amp。 光強關系） ? ?? ?? ? ??????????????? D???????? D?sHHHHIIgIg11122,22012001????????? 頻率為 ?1,光強為 I?1的準單色光 入射到均勻加寬介質時的增益系數(shù) ? ?021 ,???ng D? ? ? ? ?0212021 ,~8, 1 ????? ? HH gAnIgvD?? ? 200 210 2204HHAgn?? ? ??D Dv中心頻率小信號增益系數(shù) 大信號增益系數(shù) () ? ?1,1 ?? Ig H? ? ? ?? ? 12210 02210212HHsvnnIvI?????? ? DD ? D??D??? ? ??????? ??決定于物質特性與激勵速率 若為洛倫茲線型 20300 ?Wnn ?D? ?? ?? ?112001 22102,12HHHHsggIII????????D?????????D??? ? ??????? ??sII ?1?01 ??? ? ? ? ? 2, 000 ?? HsH gIg ?g H ( ? 1 )? 1? 021210 1 HsII ??? ? D???????? ???光頻在 介質對光波的增益作用 及飽和效應都很微弱，可忽略不計 思考題：大信號增益曲線寬度與小信號增益曲線寬度是否相等？ 小信號增益曲線 大信號增益曲線 結論 : 大信號增益系數(shù)是小信號增益的一 半， ?1 偏離中心頻率越遠 , 飽和效應越弱。 sII ~1? 01 ???? 均勻加寬介質增益飽和效應與頻率有關 ? 討論此命題的物理背景 : 激光器中某一模式頻率首先起振 , 成為強光；別的模式剛起振 (弱光 ), 強光模式對剛起振的弱光模式的影響 ? ????D?? 11 , ?? IgnI v3. 在 強光 I?1 作用下的 弱光 ? 增益系數(shù) 頻率為 ?1,光強為 I?1強 光 , 同時有一頻率為 ? 的弱光入射 求強光對弱光增益系數(shù)的影響，即弱光增益系數(shù)會如 何變化？ 1,1 ?? I?? ? ? ?? ?1101,1HHsggI II???????由式 強光作用下的弱光增益系數(shù) ? ? ? ?? ?? ?112210022102,12HHHHsg I gII??????????D???? ???????D??? ? ??????? ??若為洛倫茲線型 強光不僅使自身增益系數(shù)下降 ,而且使弱光增益系數(shù)也以 同一比例下降 , 其結果是整個增益曲線下降（ 增益線寬是否改變？為什么？ ） ? ? ? ?? ?1101,1HHsggI II???????? ? ? ?? ?? ?112210022102,12HHHHsg I gII??????????D???? ???????D??? ? ??????? ??若為洛倫茲線型 ??0Hg ?? ?1H ,gI????Hg ?? ? ? ?02100 ,???? ng D?? ?021 ,???ng D?? ?10 0 3 211snWnII???D?? ? ? ? ?? ?12210 02210212HHsvnnIvI?????? ? DD ? D??D??? ? ??????? ??