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正文內(nèi)容

[理學(xué)]連續(xù)激光器的工作特性-在線瀏覽

2024-09-27 02:57本頁面
  

【正文】 上相鄰模式燒孔重疊以至于出現(xiàn)競(jìng)爭的現(xiàn)象了。非均勻加寬介質(zhì)粒子對(duì)譜線不同頻率處的增益有不同的貢獻(xiàn),縱模消耗激發(fā)態(tài)粒子時(shí),消耗的只是表觀中心頻率與其頻率相對(duì)應(yīng)的一群激發(fā)態(tài)粒子,因此一縱模起振后,消耗的只是表觀中心頻率與模頻率相對(duì)應(yīng)的那些激發(fā)態(tài)粒子,對(duì)增益系數(shù)的影響只是在其均勻加寬譜線所占頻率范圍,在增益曲線上出現(xiàn)局部增益曲線燒孔。燒孔的深度,或者說飽和程度,大小決定于增益系數(shù)。在多個(gè)燒孔共存的情形下,燒孔能不能重疊,一個(gè)因素是燒孔的間距,對(duì)于非均勻加寬介質(zhì)也就是縱模間距:另一個(gè)因素是燒孔的寬度。這種競(jìng)爭往往構(gòu)成激光輸出不穩(wěn)定的一個(gè)原因。在諧振腔方面,由于輸出耦合不可避免的引入損耗,縱模有一定的寬度:在激光增益介質(zhì)方面,介質(zhì)的線寬還要受飽和因素的影響:最后,燒孔寬度要有這兩個(gè)寬度綜合來定。如果是諧振腔縱模寬度很小,起主要作用的是介質(zhì)的飽和線寬,則需要計(jì)算出該縱模的振蕩光強(qiáng):并把它帶入上面的飽和作用影響后的介質(zhì)線寬表達(dá)式進(jìn)行計(jì)算。如果是諧振腔縱模寬度起主要作用,還需要在這個(gè)寬度的基礎(chǔ)上再加上一個(gè)飽和作用影響后的介質(zhì)線寬。 頻率牽引對(duì)縱模間距的影響問題。頻率牽引是色散效應(yīng)對(duì)介質(zhì)折射率影響的結(jié)果,相對(duì)于空腔,介質(zhì)所帶來的額外相移大小直接決定于介質(zhì)折射率的變化:而激光腔有了介質(zhì)后的總相移也要滿足諧振條件:對(duì)應(yīng)頻率才可能形成振蕩的縱模頻率:所以,縱模頻率間距:對(duì)于具有洛侖茲線型的均勻加寬介質(zhì):縱模頻率間距:對(duì)于具有高斯線型的非均勻加寬介質(zhì):縱模頻率間距:頻率牽引是色散效應(yīng)對(duì)介質(zhì)折射率影響的結(jié)果,使得在一個(gè)激光器內(nèi)同樣一塊激光介質(zhì)的光程,只是因?yàn)轭l率不同而不同。介質(zhì)受激勵(lì)程度對(duì)這一現(xiàn)象的影響很大,因此,這一現(xiàn)象對(duì)激光器中的縱模頻率影響很大,激勵(lì)越強(qiáng),介質(zhì)增益越大,腔光程改變就越大,帶來的縱模頻率偏移就越大。只有對(duì)于高增益、窄線寬的激光振蕩,頻率牽引量才不能忽略。在氣體激光器中,中心頻率為并具有向分速度的運(yùn)動(dòng)原子與沿方向傳播的光波相互作用時(shí),由于多普勒效應(yīng),表觀中心頻率為: ()也就是說,該原子的吸收中心不再是中心頻率,而是變成。所以,若沿方向傳播的光波頻率為,只有它等于運(yùn)動(dòng)原子表觀中心頻率時(shí),才會(huì)與該受激原子受激輻射。在駐波腔中,激光光波受諧振腔鏡反射雙向傳播,沿正負(fù)方向傳播的激光光波顯然是與速度不同的兩群原子作用。多普勒加寬單模氣體激光器介質(zhì)增益曲線的雙燒孔效應(yīng)諧振腔內(nèi)激光較強(qiáng),顯然會(huì)大量消耗這些向分速度為的兩群受激粒子,產(chǎn)生飽和現(xiàn)象。而在環(huán)形激光器中,正反兩個(gè)傳播方向的激光束都是只朝一個(gè)方向傳播,一個(gè)縱模不會(huì)同時(shí)消耗這些向分速度為的兩群受激粒子,它只會(huì)消耗向分速度為或的一群受激粒子,在增益曲線上形成一個(gè)燒孔,而不會(huì)在增益曲線上以介質(zhì)中心頻率為對(duì)稱中心出現(xiàn)兩個(gè)燒孔,所以,環(huán)形激光器的縱模燒孔沒有“鬼影”現(xiàn)象。但是,若環(huán)形激光器在介質(zhì)中心頻率處有縱模振蕩,激光器中正反兩個(gè)傳播方向的兩縱模則會(huì)消耗向分速度相同的一群受激粒子,從而陷入競(jìng)爭,導(dǎo)致激光輸出不穩(wěn)定。同位素是天然存在的,激光介質(zhì)中同位素的存在會(huì)帶來不好的影響,也有利用價(jià)值。躍遷譜線的偏移,展寬了譜線寬度。當(dāng)然,這是在同位素抽運(yùn)能級(jí)向激光上能級(jí)馳豫速率相近的假設(shè)下的結(jié)論。若是對(duì)應(yīng)受激躍遷,一般來說,譜線的加寬不利于增益的提高,對(duì)激光振蕩不利;而對(duì)于一些急切需要拓展激光出光帶的情形,譜線加寬還是有利用價(jià)值。若激光工作原子有不同的同位素,環(huán)形激光器的兩縱模頻率可以分別位于兩同位素各自的中心頻率處,消耗向分速度相同的各自同位素,從而可以避免對(duì)向分速度相同的同一群受激粒子的爭奪導(dǎo)致激光輸出不穩(wěn)定。若是對(duì)應(yīng)下瀉能級(jí),譜線的加寬會(huì)有利于單一能級(jí)上粒子數(shù)的積累,有利于布居反轉(zhuǎn)的提高,有利于激光振蕩的形成。 激光介質(zhì)燒孔現(xiàn)象、形成機(jī)制,及其宏觀表現(xiàn),舉例說明其應(yīng)用。1 激光器中是不是總存在增益飽和?為什么?1 激光器中介質(zhì)增益系數(shù)的閾值條件是什么,物理含義何在?1 激光介質(zhì)中的速率方程組與激光器中的有什么區(qū)別,請(qǐng)舉例說明。“這兩個(gè)孔對(duì)應(yīng)兩種光場(chǎng)頻率,因此激光輸出雙色光?!睂?duì)嗎,為什么?2 試述蘭姆凹陷的成因及用處?!皼]有隔離器也不一定就形成駐波,因?yàn)檎捶较虻墓獠ǖ南辔徊灰欢ㄏ嚓P(guān)。試設(shè)想出一種隔離器來。能不能歸納到一個(gè)參數(shù)描述?3 若A激光器的激光束經(jīng)透鏡變換匹配地射入B激光器,會(huì)改變B激光器的輸出模式嗎,為什么?3 激光原理中對(duì)形成譜線加寬機(jī)制的討論所占篇幅較多。 激活的紅寶石中反轉(zhuǎn)粒子數(shù)密度達(dá)。 中心頻率的光吸收發(fā)生在介質(zhì)基態(tài)E1和高能級(jí)E2之間,高能級(jí)E2自發(fā)輻射壽命為104s,吸收譜線為高斯線型,線寬為400cm1。這里,激光上能級(jí)E3為亞穩(wěn)態(tài),激光下能級(jí)E2壽命很短。 在強(qiáng)光存在下,均勻加寬介質(zhì)中的增益系數(shù):請(qǐng)據(jù)此討論飽和作用的影響。 如何由均勻加寬介質(zhì)的折射率表達(dá)式:說明增益使介質(zhì)色散反常? 寫出描述第二種激光三能級(jí)系統(tǒng)介質(zhì)的速率方程組,并按照其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)行簡化,導(dǎo)出激光上下能級(jí)粒子布居反轉(zhuǎn)密度所對(duì)應(yīng)的速率方程,以及光子數(shù)所對(duì)應(yīng)的速率方程。1 腔長20cm的Nd3+:YAG激光器(YAG棒長10cm,泵浦光平均波長750nm),系統(tǒng)總量子效率為100%,光泵浦的總效率為1%,激光上能級(jí)自發(fā)輻射壽命為,熒光線寬為6cm1。1 一臺(tái)腔長50cm的Nd3+:YAG激光器(YAG棒長75mm,一腔鏡全反射,輸出腔鏡透過率為15%,)。試求:(1)輸出光強(qiáng)與輸出鏡反射率的函數(shù)關(guān)系;(2)假設(shè)輸出鏡上激光光斑面積為1mm2,試求最大輸出功率。若、的大小可變但其比值/保持不變,求集居數(shù)密度差隨泵浦強(qiáng)度的變化,設(shè)能級(jí)間的各躍遷幾率已知,總的粒子數(shù)密度為。該系統(tǒng)的特點(diǎn)是激光下能級(jí)的壽命很
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