光电子课件激光原理第七讲

激光原理与技LaserPrinciple&2.52.5激光器的物理与光我们面已经,一方面，如果谐振腔内工作物质的某对 激光器的内部损镜面损激光谐振腔内形成稳谐振腔内光强的放大谐振腔稳定出光阈值对介质能级选取的增益介质内部由于成分不均匀、粒子数密度不均匀或有缺陷而使光产生折射、散射等使部分光波偏离原来的方向，,II0exp a当强度为I的光波射到镜面上，其中r1I(或r2I)反射回腔内继续放大,其它的部分均为损耗，包括镜面的透射t1I(或t2I)、镜面的散射、吸收以及由于光的衍射使光束扩散到反射镜范围以激光谐振腔内光强由弱变强直至最后达到稳定的过程可以用图示的方法来描述。M2是反射率r2≈1的全反射镜，置于坐标轴的Z=L处，M1是反射率r1<1的部分反射镜，置于坐标系的Z=0处。稳定光强在光学谐振腔内的过程可以由闭合

LI3AAI(L),I(L)I(2L),I(2L)LI3二、二、谐振腔稳定出光一、谐振腔内一、谐振腔内光强的放大L

1、由于自发辐射，在z=0处有一束强度 增益系数G0,有：I1'r2I1exp(GI3

a)内图中曲线I1→I‘表示了这个过反射镜 和M2的反射过程 L

I1'r2I1exp(G

a)内2、I1‘又经增益介质进行放大， M1处时，光强已增至I"I'exp0a rI I3

a内内3、I1''光强在M1上一部分反射回腔内继12LI3I12LI3I =r1I1 rrIexp(G0a)221 内Iout=t1Iout=t1I1IItrIexp(G0a)21 内Iha1I1Iha1I1a1r2I1expG0a内)2IItrIexp(G0a)21 内 aI"arIexp(G0a)2h 1 内LI34、图中纵轴上I1''→I2代表总镜面损耗IoutLI3IIh(at)rIexp(G0a)211 内5、此时腔内光的放大倍I KI2 rrexp(G0I 1

)2L

(2-LI3G()G0LI3G()G0(1 Is随着光强的增大，增益系数进一步减小，由增益而增加的光能量仅能补偿损耗而无剩余，输出光强也不再改变，此时：KKr1r2 内)2L腔内光强较弱时，光波往返一次的放大倍数为K>1，即(2-将上式改写为令

GGa－1lnr内212a－1lnrr 2

(2-KKr1r2exp a)2L即总损耗则形成激光所要求的增益系数的条件：Ga

(2-下限值时光强也到达最大值阈值，即为G0 G阈1 a 对非均匀增宽型介质，增益系数的阈值则G0GI I (1 1 三、粒子数密度反转分布值的阈值n由增益系数的阈值可以导出粒子数密度反转分布的阈值nG hνf n

a总

Bhνf(ν)AA(c3hν3B21

8hν＝＝8ν 总阈c2f一、如果激光下能级是基态，则根据 分布可知能级上粒子数密度很大这样完全要靠激励能源将下能级中一上且满：n2 n

二.如果下能级不是基态，并在常温下它就是一个空态，此时激励能源只要抽运n2≥n阈的粒子到高能级E2上即可，这对激 E4三能级系统能

EE1四能级系统能三、以三种固体激光器为例，算出n阈、n2阈以及n2/n阈，并进比较。（见表激光激光激光激光频率0（s-折射率线宽（s-3.371.95能及总粒子数密度1.582.831.388.41.41.811四能级系统工作效率高，对激励能源要激光器最低抽运功率近似

n2n

，因此n2

n阈n2nn连续出光时，高能级上粒子数密度由于自发幅射单位时n减少

n2为维持激光功率阈，