激光原理师范

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2.5介质中受激辐射光放大的条件一、光束在介质中的传播规律

一般情况下光束进入介质后，当光线沿轴方向传输，而且没有发散时，可以取介质中的一片来分析：I(0)I(z)I(z)+dIzz+dzz光穿过厚度为dz的介质的情况设频率为的单色光沿

方向在激光工作物质中传播，在处光强为，经过时间后传播距离为，光强变为。

一、光束在介质中的传播规律

与此同时，受激辐射过程也在同步进行，处于高能级上因受激辐射而减少的粒子数密度正好等于光波场中光子数密度，增加的光子数密度

在此过程中，由于受激吸收作用，每个处于低能级的粒子吸收一个传播着的光子后就会跃迁到高能级，光子数就会减少一个，减少的光子数密度

光束在介质中传输dz距离后净增加的光子数密度为：

光子数密度可以改写为：一、光束在介质中的传播规律

由于每一个光子的能量为，所以光辐射场能量密度的增加另为:得出光能量密度的表达式

一、光束在介质中的传播规律

光波穿过工作物质时，光强随传播距离的变化关系为：

为坐标处的光强

。

一、光束在介质中的传播规律

讨论二、介质中产生激光放大的条件

当介质处于热平衡状态时，粒子数密度在各能级的分布服从波尔兹曼分布，大多数粒子都处于低能级。因此令指数

光强表达式可简写成为求导得：

讨论

A被称为光在介质中的衰减系数：代表了介质对光波吸收能力的大小。二、介质中产生激光放大的条件

物理意义是：光波在介质中传播单位距离后，光强的减

少量占总光强的百分比。讨论当介质处于粒子数反转状态时，高能级粒子数密度大于低能级粒子数密度：

令指数光强表达式可简写成为同理得：二、介质中产生激光放大的条件

讨论G被称为增益系数，也代表了介质对光放大能力的大小。物理意义：光波在介质中传播单位距离后，光强的增加

量占总光强的百分比。二、介质中产生激光放大的条件

综上所述，光在介质中传输要想实现光放大，首要条件（必须要求）介质处于粒子数反转的状态，要想实现粒子数反转，还必须要

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