激光产生的充分条件

激光产生的充分条件第1页，共24页，2023年，2月20日，星期一二、饱和光强Is的计算一个通过泵浦实现了粒子数反转的二能级系统，当光在此增益介质传播时，上能级粒子数变化率达到稳态时第2页，共24页，2023年，2月20日，星期一小信号情况时，随着I,Nu饱和光强Nu减小至小信号值的1/2时的光强。式中叫做受激辐射截面第3页，共24页，2023年，2月20日，星期一三、产生激光的充分条件如果在增益介质的有效长度内，光强可以从微小信号增长到饱和光强，那么对产生激光来说就是充分的。说明1.Is有一定的任意性。2.达到Is后，Is仍在增长，但增长速度大为衰减。例：如图，请估算满足充分条件的工作物质长度LlAda面积设介质已实现足够大的粒子数反转第4页，共24页，2023年，2月20日，星期一LlAda如图，在l区域内，单位时间由自发辐射产生的总辐射能为到达介质另端的能量与总能量之比为到达介质另端的能量为第5页，共24页，2023年，2月20日，星期一令即：关于L的超越方程第6页，共24页，2023年，2月20日，星期一讨论1.已知L和da时,就可求出满足充分条件的G.2.通过对已知G的比较,就可判断是否满足充分条件.3.已知L和G时,就可求出满足充分条件da的.4.可判断已知的da是否满足充分条件.5.已知G和da时,则只有用作图法才能求解L或判断L.例题1已知：G=100m-1，L=0.08m求：满足充分条件的da解：第7页，共24页，2023年，2月20日，星期一例题2已知：Nd:YAG激光材料增益系数G=10m-1，材料长度L=0.5m，da=0.1m求：小信号单次通过该介质光强可否达到饱和？解：不能达到饱和第8页，共24页，2023年，2月20日，星期一1.4谱线加宽一、概述1.谱线宽度上能级宽度:下能级宽度:EuMEu0EumElMEl0Elm中心频:上边频:下边频:第9页，共24页，2023年，2月20日，星期一谱线宽度:2.线型函数定义:设辐射光强I中频率处于ν～ν+dν的部分为I(ν)dν,则线型函数定义为线型函数满足归一化条件第10页，共24页，2023年，2月20日，星期一3.种类谱线加宽非均匀加宽均匀加宽综合加宽二、均匀加宽1.定义引起加宽的物理因素对每个原子都是相同的,这种加宽就是均匀加宽.2.种类碰撞加宽、自然加宽、晶格振动加宽3.线型函数谱线宽度第11页，共24页，2023年，2月20日，星期一4.自然加宽由测不准关系确定的加宽就是自然加宽.线型函数5.碰撞加宽τ1加宽、τ2加宽6.总的均匀加宽第12页，共24页，2023年，2月20日，星期一三、非均匀加宽1.定义原子系统中不同原子或原子群对谱线的不同部分有贡献,这类加宽就是非均匀加宽.2.种类多普勒加宽、非晶态加宽3.多普勒加宽多普勒效应第13页，共24页，2023年，2月20日，星期一多普勒加宽线型函数式中原子量4.多普勒加宽和自然加宽的关系第14页，共24页，2023年，2月20日，星期一1.5谱线加宽下的增益系数对于均匀增宽介质：由线型函数定义可以认为线型函数是跃迁几率按频率的分布函数。对于多普勒加宽介质：第15页，共24页，2023年，2月20日，星期一当时，即在中心频率处获得最大值1.6激光器的速率方程一、速率方程的建立1.

实现上下能级之间粒子数反转产生激光的物理过程：三能级和四能级系统，为简化问题，以二能级系统为例。第16页，共24页，2023年，2月20日，星期一以Ａl代表能级l的驰豫衰减WuWlAulBul(ν)I/cBlu(ν)I/cEuEl第17页，共24页，2023年，2月20日，星期一二、速率方程的稳态解稳态时小信号时（1）（2）（3）（4）第18页，共24页，2023年，2月20日，星期一（1）+（2）得可见，下能级粒子数密度不随光强而改变！由（1）得设由饱和光强定义第19页，共24页，2023年，2月20日，星期一三、反转粒子数及增益饱和1.反转粒子数密度显然，I=Is时，2.增益系数将代入第20页，共24页，2023年，2月20日，星期一小信号增益系数可见，I=Is时，饱和条件下的增益系数为小信号时的一半3.增益系数G(ν)、中心频率处增益系数G(ν0)、小信号增益系数G0(ν)及小信号中心频率处增益系数G0(ν0)的关系第21页，共24页，2023年，2月20日，星期一均匀加宽第22页，共24页，2023年，2月20日，星期一多普勒加宽第23页，共24页，2023年，2月20日，星期一作业1.(1)一质地均匀的材料对光的吸收为0.01mm-1、光通过10cm长的该材料后，出射光强为入射光强的百分之几？（2）一光束通过长度为1m的均匀激活工作物质，如果出射光强为入射光强的2倍，求该