激光原理非均匀加宽工作物质的增益系数学习教案

1、会计学1激光原理激光原理(yunl)非均匀加宽工作物质的增非均匀加宽工作物质的增益系数益系数第一页，共28页。0000000),()(dgndni),(0ig一一 增益增益(zngy)饱和饱和第1页/共27页第二页，共28页。谱线。若有频率为1、光强为的光入射，则这部分粒子对增益的贡献dg可按均匀加宽增益系数的表达式计算（假设其均匀加宽可用洛伦兹线型描述）1I第2页/共27页第三页，共28页。1 )2()()2(4),(1220122022120000sHHHiIIAdgndg022010002202212011 )2()(),()2(4),(11sHiHHiIIdgAndgIg总的增益系数(

2、xsh)应是具有各种表观中心频率的全部粒子对增益贡献的总和。第3页/共27页第四页，共28页。10i)(0igH0第4页/共27页第五页，共28页。被积函数只在 的很小范围内才有显著值， 在 时趋近于零，1）可将积分限由0改换(gihun)成- +而不影响积分结果。2）在非均匀加宽的情况下，DH ，在 的范围内可将 近似地看成常数 ，并将其提出积分号外201H201H201H),(00ig),(01ig第5页/共27页第六页，共28页。11111022021110222201002221102200021211020( ,)()( ,)42()() 12()( ,)4212( )( ,)811

3、HiiHHsHiHHsiissdnAgIgIInAgIIgnAgIIII 22dxxaa第6页/共27页第七页，共28页。),(),(8)(012100120021210ngnAgii非均匀加宽工作物质的增益非均匀加宽工作物质的增益(zngy)饱和饱和sII1),(01ig1I),(11Igi1I1I21)1 (1sII第7页/共27页第八页，共28页。（1）非均匀(jnyn)加宽工作物质的饱和效应强弱与频率无关，仅取决于光强；（2）非均匀加宽工作(gngzu)物质的饱和作用弱 0000000121,21,1isiHsHsGIGGIGII时时，当当（3）非均匀加宽工作物质的增益(zngy)曲线

4、是局部饱和第8页/共27页第九页，共28页。)(2ln4(exp)()(2ln4(exp2ln28)(2010020120021210DiDDignAg2120212021000)2ln(4)(DiAnng)(2ln4(exp1)(1)(),(20100101111DsisiiIIgIIgIg 为中心频率处的小信号(xnho)增益系数)(00ig第9页/共27页第十页，共28页。dgndni),()(000),(0ig第10页/共27页第十一页，共28页。sIInn11)()(1011)当入射光频率为1时，对表观中心频率=1的粒子而言，相当于均匀(jnyn)加宽情况下入射光频率等于中心频率的情

5、况。如果入射光足够强，则n(1)将按下式饱和2)对于表观(bio un)中心频率为2的粒子，由于入射光频率1偏离表观(bio un)中心频率2，引起的饱和作用较小)()()()(101202nnnn3)对于表观中心频率为3的粒子，由于(yuy) ， 饱和效应可以忽略， n(3)n0(3)21113HsII第11页/共27页第十二页，共28页。100n00 10n 1n0。称为称为为中心的孔，为中心的孔，曲线上形成一个以曲线上形成一个以因此，在因此，在”反转粒子数“烧孔效应反转粒子数“烧孔效应10n 第12页/共27页第十三页，共28页。功率正比于烧孔面积。受激辐射等于烧孔面积受激辐射产生的光子

6、数孔的面积孔宽度：烧孔深度：孔孔S, 1)(nS :1 )(n)n()(n 11111H10H10110ssssIIIIdIIIIId第13页/共27页第十四页，共28页。第14页/共27页第十五页，共28页。H111111 , sIII孔的宽度：。称为曲线上产生一个凹陷，是在增益；否则，不受影响。于小于小信号的增益系数光增益系数处于烧孔范围内，则弱若弱光的频率和。附近的反转粒子数的饱的强光只引起频率为中在非均匀加宽工作物质光增益系数的影响。的弱的强光入射对频率为，强度为考察频率为增益曲线的烧孔效应增益曲线的烧孔效应增益曲线的烧孔效应增益曲线的烧孔效应第15页/共27页第十六页，共28页。10

7、01( ,)igI0( )ig11011( ,)( )1iisIgIgI最低点：第16页/共27页第十七页，共28页。数不受强光的影响而仍然等于小信号增益系数。第17页/共27页第十八页，共28页。21)1 (1sII1( ,)igI第18页/共27页第十九页，共28页。第19页/共27页第二十页，共28页。1表示频率为1的某纵模，沿z方向传播时用1+表示，沿-z方向传播时用1-表示。沿z方向传播的光波与中心频率为0并具有z向分速度(sd)Z的运动原子作用时， 原子的表观中心频率为)1 (00cZ如果(rgu)1=0，则1+将引起速度 的粒子受激辐射； 同理1-引起速度 的粒子受激辐射。如果(

8、rgu)1模较强，则 的反转粒子数将因受激辐射而减少，在n(Z) Z曲线上出现两个烧孔。001)( cZ001)(cZ001)(cZ第20页/共27页第二十一页，共28页。1111 ,z, z,多普勒加宽气体激光器中的烧孔效应频率为 的纵模沿 方向传播为正 用表示沿方向传播为负用表示11z第21页/共27页第二十二页，共28页。曲线上出现两个烧孔。在的粒子的受激辐射将引起运动速度粒子的受激辐射将引起运动速度则时当轴的运动速度。是沿其中，原子的表观中心频率为的运动原子作用时率为轴传播的光波与中心频沿由于多普勒效应zzzzzvvnvcvv)( , zv )cv(1 :,z, 1001110zz00

9、0第22页/共27页第二十三页，共28页。)(zv)(zv)(zv)(zvn0如图所示:第23页/共27页第二十四页，共28页。处出现两个烧孔。及降，在增益曲线上模增益系数下的激活离子贡献，引起由模的受激辐射都模、，则或若等于小信号增益系数；模的影响，其增益系数受模贡献的反转粒子不，则对和若的反转粒子贡献。的受激辐射分别由和则存在的微弱纵模若同时有另一频率为101001110111010022 2 , cvcvzz第24页/共27页第二十五页，共28页。1020如图所示:1( ,)igI1第25页/共27页第二十六页，共28页。小结(xioji)：11011( )( ,)1iisggIII1、频率(pnl)为1、光强为 的准单色光的增益系数1I非均匀加宽工作物质(wzh)的增益饱和效应的强弱与频率无关2、烧孔效应反转集居数、强光入射时弱光的增益系数3、多普勒非均匀加宽驻波腔激光器中，强光在弱光的增益曲线上对称地烧2个孔end第26页/共27页第二十七页，共28页。NoImage内容(nirng)总结会计学。1）可将积分限由0改换成- +而不影响积分结果。这部分粒子在准单色光作用下的饱和行为可以用均匀加宽情况下得出的公式描述。四能级系统中受