激光原理与技术通俗讲解课件

主要内容谱线加宽和线型函数激光器的速率方程均匀加宽工作物质的增益系数非均匀加宽工作物质的增益系数主要内容谱线加宽和线型函数1均匀加宽自然加宽（寿命加宽）碰撞加宽晶格振动加宽非均匀加宽多普勒加宽晶格缺陷加宽谱线加宽和线型函数均匀加宽谱线加宽和线型函数2线型函数线型函数3线型函数线型函数4均匀加宽根据Heisenberg测不准关系若某能级具有无限窄的宽度该能级具有无限长寿命若能级有有限自发辐射寿命能级应具有有限宽度E均匀加宽根据Heisenberg测不准关系若某能级具有无限窄5均匀加宽：自然加宽均匀加宽：自然加宽6均匀加宽：碰撞加宽均匀加宽：碰撞加宽7均匀加宽：气体工作物质均匀加宽：气体工作物质8非均匀加宽：多普勒加宽非均匀加宽：多普勒加宽9非均匀加宽：多普勒加宽非均匀加宽：多普勒加宽10非均匀加宽非均匀加宽11均匀加宽与非均匀加宽的区别1、从谱线加宽角度看均匀加宽：原子之间不可区分，每个原子的自发辐射具有完全相同的线型、线宽和中心频率非均匀加宽：原子之间可区分，每个原子的表观中心频率不同均匀加宽与非均匀加宽的区别1、从谱线加宽角度看均匀加宽：原子122、从单个原子谱线加宽与原子体系谱线加宽之间的关系看均匀加宽：原子体系的线型和线宽与单个原子的完全相同，每个原子以整个线型发射非均匀加宽：原子体系的线型和线宽与单个原子的不同均匀加宽与非均匀加宽的区别2、从单个原子谱线加宽与原子体系谱线加宽之间均匀加宽：原子体133、从原子对谱线的贡献看均匀加宽：每个原子对谱线内的任一频率都有贡献，且对于某一频率的贡献是相同的非均匀加宽：某类原子仅对谱线内某一特定频率有贡献，例如仅对与其表观中心频率相同的频率有贡献均匀加宽与非均匀加宽的区别3、从原子对谱线的贡献看均匀加宽：每个原子对谱线内的任一频率144、从光和物质相互作用的角度看均匀加宽：入射的某一频率的准单色光场与介质中所有原子发生完全相同的共振相互作用，原子的受激跃迁几率相同非均匀加宽：入射场仅与介质中表观中心频率与其频率相应的某类原子发生共振相互作用，并引起这类原子的受激跃迁均匀加宽与非均匀加宽的区别4、从光和物质相互作用的角度看均匀加宽：入射的某一频率的准单15综合加宽：气体工作物质综合加宽：气体工作物质16激光器的速率方程激光器的速率方程17原子自发辐射、受激辐射和受激吸收几率的修正原子自发辐射、受激辐射和受激吸收几率的修正18原子自发辐射、受激辐射和受激吸收几率的修正原子自发辐射、受激辐射和受激吸收几率的修正19物理意义：由于谱线加宽，和原子相互作用的单色光辐射场的频率在原子发光的中心频率0附加一个频率范围时，即可引起原子的受激跃迁。受激跃迁几率存在着由工作物质谱线加宽函数所决定的频率响应特性。原子自发辐射、受激辐射和受激吸收几率的修正物理意义：原子自发辐射、受激辐射和受激吸收几率的修正20发射截面吸收截面吸收截面与发射截面发射截面吸收截面吸收截面与发射截面21三能级系统速率方程组1331AS3132SA2121S1221WWW21EE3E三能级系统速率方程组1331AS3132SA2121S12222四能级系统速率方程组E110S0330AS3032SA2121S1221WWW20EE3E四能级系统速率方程组E110S0330AS3032SA21223均匀加宽工作物质的增益系数均匀加宽工作物质的增益系数24增益系数增益系数25反转粒子数密度——饱和光强反转粒子数密度——饱和光强26增益饱和增益饱和27增益饱和增益饱和28模式竞争

在均匀加宽激光器中，当一个模式振荡后，就会使其它模的增益降低，因而阻止了其它模的振荡，这就是均匀加宽激光器中的模式竞争。模式竞争在均匀加宽激光器中，当一个模式振荡后，29非均匀加宽工作物质的增益系数非均匀加宽工作物质的增益系数30增益系数增益系数31小信号增益系数小信号增益系数32均匀加宽和非均匀加宽大信号增益系数的比较均匀加宽和非均匀加宽大信号增益系数的比较33（1）非均匀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）非均匀加宽工作物质的饱和作用弱；（3）非均匀加宽工作物质的增益曲线是局部饱和。均匀加宽和非均匀加宽大信号增益系数的比较（1）非均匀加宽工作物质的饱和效应强弱与频率无关，仅取决于光34烧孔效应：反转粒子数的烧孔效应烧孔效应：存在于非均匀加宽气体激光器中烧孔效应：反转粒子数的烧孔效应烧孔效应：存在于非均匀加宽气体35增益烧孔：增益曲线的烧孔效应增益烧孔：增益曲线的烧孔效应36烧孔效应：反转粒子数按速度的分布曲线烧孔效应：反转粒子数按速度的分布曲线37常用激光增益介质谱线线宽的比较教材表1.3几种气体激光增益介质谱线的自然线宽常用激光增益介质谱线线宽的比较教材表1.3几种气体激光增38常用激光增益介质谱线线宽的比较教材表1.4几种气体激光增益介质谱线的多普勒线宽常用激光增益介质谱线线宽的比较教材表1.4几种气体激光增39常用激光增益介质谱线线宽的比较常用气体激光增益介质：He-NeCO2Ar+常用激光增益介质谱线线宽的比较常用气体激光增益介质：40常用激光增益介质谱线线宽的比较常用固体激光增益介质：常温下均匀加宽为主红宝石：Nd:YAG钕玻璃惨铒光纤常用激光增益介质谱线线宽的比较常用固体激光增益介质：常温下均41主要内容谱线加宽和线型函数激光器的速率方程均匀加宽工作物质的增益系数非均匀加宽工作物质的增益系数主要内容谱线加宽和线型函数42均匀加宽自然加宽（寿命加宽）碰撞加宽晶格振动加宽非均匀加宽多普勒加宽晶格缺陷加宽谱线加宽和线型函数均匀加宽谱线加宽和线型函数43线型函数线型函数44线型函数线型函数45均匀加宽根据Heisenberg测不准关系若某能级具有无限窄的宽度该能级具有无限长寿命若能级有有限自发辐射寿命能级应具有有限宽度E均匀加宽根据Heisenberg测不准关系若某能级具有无限窄46均匀加宽：自然加宽均匀加宽：自然加宽47均匀加宽：碰撞加宽均匀加宽：碰撞加宽48均匀加宽：气体工作物质均匀加宽：气体工作物质49非均匀加宽：多普勒加宽非均匀加宽：多普勒加宽50非均匀加宽：多普勒加宽非均匀加宽：多普勒加宽51非均匀加宽非均匀加宽52均匀加宽与非均匀加宽的区别1、从谱线加宽角度看均匀加宽：原子之间不可区分，每个原子的自发辐射具有完全相同的线型、线宽和中心频率非均匀加宽：原子之间可区分，每个原子的表观中心频率不同均匀加宽与非均匀加宽的区别1、从谱线加宽角度看均匀加宽：原子532、从单个原子谱线加宽与原子体系谱线加宽之间的关系看均匀加宽：原子体系的线型和线宽与单个原子的完全相同，每个原子以整个线型发射非均匀加宽：原子体系的线型和线宽与单个原子的不同均匀加宽与非均匀加宽的区别2、从单个原子谱线加宽与原子体系谱线加宽之间均匀加宽：原子体543、从原子对谱线的贡献看均匀加宽：每个原子对谱线内的任一频率都有贡献，且对于某一频率的贡献是相同的非均匀加宽：某类原子仅对谱线内某一特定频率有贡献，例如仅对与其表观中心频率相同的频率有贡献均匀加宽与非均匀加宽的区别3、从原子对谱线的贡献看均匀加宽：每个原子对谱线内的任一频率554、从光和物质相互作用的角度看均匀加宽：入射的某一频率的准单色光场与介质中所有原子发生完全相同的共振相互作用，原子的受激跃迁几率相同非均匀加宽：入射场仅与介质中表观中心频率与其频率相应的某类原子发生共振相互作用，并引起这类原子的受激跃迁均匀加宽与非均匀加宽的区别4、从光和物质相互作用的角度看均匀加宽：入射的某一频率的准单56综合加宽：气体工作物质综合加宽：气体工作物质57激光器的速率方程激光器的速率方程58原子自发辐射、受激辐射和受激吸收几率的修正原子自发辐射、受激辐射和受激吸收几率的修正59原子自发辐射、受激辐射和受激吸收几率的修正原子自发辐射、受激辐射和受激吸收几率的修正60物理意义：由于谱线加宽，和原子相互作用的单色光辐射场的频率在原子发光的中心频率0附加一个频率范围时，即可引起原子的受激跃迁。受激跃迁几率存在着由工作物质谱线加宽函数所决定的频率响应特性。原子自发辐射、受激辐射和受激吸收几率的修正物理意义：原子自发辐射、受激辐射和受激吸收几率的修正61发射截面吸收截面吸收截面与发射截面发射截面吸收截面吸收截面与发射截面62三能级系统速率方程组1331AS3132SA2121S1221WWW21EE3E三能级系统速率方程组1331AS3132SA2121S12263四能级系统速率方程组E110S0330AS3032SA2121S1221WWW20EE3E四能级系统速率方程组E110S0330AS3032SA21264均匀加宽工作物质的增益系数均匀加宽工作物质的增益系数65增益系数增益系数66反转粒子数密度——饱和光强反转粒子数密度——饱和光强67增益饱和增益饱和68增益饱和增益饱和69模式竞争

在均匀加宽激光器中，当一个模式振荡后，就会使其它模的增益降低，因而阻止了其它模的振荡，这就是均匀加宽激光器中的模式竞争。模式竞争在均匀加宽激光器中，当一个模式振荡后，70非均匀加宽工作物质的增益系数非均匀加宽工作物质的增益系数71增益系数增益系数72小信号增益系数小信号增益系数73均匀加宽和非均匀加宽大信号增益系数的比较均匀加宽和非均匀加宽大信号增益系数的比较74（1）非均匀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）非均匀加宽工作物质的饱和作用弱；（3）非均匀加宽工作物质的增益曲线是局部饱和。均匀加宽和非均匀加宽大信号增益系数的比较（1）非均匀加宽工作物质的饱和效应强弱与频率无关，仅取决于光75烧孔效应：反转粒子数的烧孔效应烧孔效应：存在于非均匀加宽气体激光器中烧孔效应：反转粒子数的烧孔效应烧孔效应：存在于非均匀加宽气体76增益烧孔：增益曲线的烧孔效应增益烧孔：增益曲线的烧孔效应77烧孔效应：反转粒子数按速度的分布曲线烧孔效应：反转粒子数按速度的分布曲线78常用激光增益介质谱线线宽的比较教材表1.3几种气体激光增益介质谱线的自然线宽常用激光增益介质谱线线宽的比较教材表1.3几种气体激光