激光原理课程设计

②应该选择合适的激励能源，使它对介质的能级的抽运速率越大越好，对能级的抽运速率越小越好。均匀增宽介质粒子数密度反转分布对于均匀增宽的介质，其线性函数为中心频率值为如果介质中传播的光波频率为，则有：式中为饱和光强。如果介质中传播的光波频率，则由此（1）式可表示为：上式即为均匀增宽型介质内、能级之间粒子数反转分布的表达式，它给出了能级间粒子数反转分布值与腔内光强、光波的中心频率、介质的饱和光强、激励能源的抽运速率、以及介质能级的寿命、等参量之间的关系。③由上式可以看出，当腔内光强(即小信号)时，介质中的粒子数密度反转分布值最大，其值为。当腔内光强的影响不能忽略时，粒子数密度反转分布值将随光强的增加而减小，此现象称为粒子数密度反转分布值的饱和效应。④当腔内光强一定时，粒子数密度反转分布值随腔内光波频率而变，图5.3给出了一定时,随变化的曲线，即饱和效应曲线。图5.3的饱和效应曲线增益系数不同物质、不同光强下的增益系数的推导增益系数是指光波通过单位长度路程光强的相对增长率，即介质对光放大能力的大小，通常用G表示。它与吸收系数是描写光在介质中可能经历的两个相反过程的强弱的参量，它是标志介质受激放大能力的物理量。可以表示为：该式说明，增益系数与介质的若干物理常数有管，同时还取决于介质中的粒子数密度反转分布值。对于均匀增宽介质：当介质中尚未发生光放大时，粒子数密度反转分布值达到最大值，与之对应的增益系数为小信号增益系数，即式中，代表介质的线性函数。由于光的频率远大于谱线宽度（），因此与可以互相替代，由此可得：上式即为均匀增宽介质增益系数的表达式。对均匀增宽型介质，将其中心频率处线性函数值代入式（38），可得到中心频率处的小信号增益系数为：上式说明中心频率处的小信号增益系数与线宽成反比。（2）对于非均匀介质：频率粒子数密度反转分布对小信号增益系数的贡献，就象均匀增宽型介质的对的贡献那样，介质的小信号增益系数是介质中各种速度的粒子数密度反转分布的贡献之和，故有虽然积分是在0～∞区内进行的,但是由于是的中心频率,当时的的值迅速趋近于零,实际上的取值范围为。即实际是由频率在范围内的粒子数密度反转分布值贡献的,在此范围内，非均匀增宽的线型函数几乎不变，可以用代替，如图6.1所示。图6.1非均匀增宽型介质的小信号增益的计算这样式（41）积分可化为：上式即为非均匀增宽型介质的小信号增益系数的表达式。由上式可求得中心频率处的小信号增益系数为：2、MATLAB画出增益曲线均匀增宽小信号增益系数曲线（2）均匀增宽型增益饱和曲线(3)非均匀增宽小信号增益系数曲线非均匀增宽型增益饱和曲线附设计源程序：%稳定谐振腔clear,clcn=100;L=700;R1=500;R2=600;r=3;theta=0.01;I=[r;theta];x=linspace(0,L,L);fori=1:ny=I(1,1)+I(2,1)*x;plot(x,y),holdonI=[1,0;-2/R2,1]*[1,L;0,1]*I;y=I(1,1)+I(2,1)*(L-x);plot(x,y),holdonI=[1,0;-2/R1,1]*[1,L;0,1]*I;end%非稳定情况下clear,clcn=100;L=700;R1=250;R2=300;r=3;theta=0.01;I=[r;theta];x=linspace(0,L,L);fori=1:ny=I(1,1)+I(2,1)*x;plot(x,y),holdonI=[1,0;-2/R2,1]*[1,L;0,1]*I;