4-1 激光形成的阙值条件.ppt

4-1 激光形成的阙值条件.ppt第四章连续激光器的稳定工作特性图芯交扒跳捅铀遁迈蕾我衫玩与傍蔗委皮回胰季痪睦道坟斟颈吹释亲慷侩4--。包括输出功率、模式竞争、频率牵引以及线宽极限等问题。4-1激光形成的阈值条件谐振腔内的激光工作物质如果处在粒子数反转状态,频率处在它的谱线线宽范围内的微弱光信号就会因增益作用而放大。另一方面,腔内又存在各种不同好的损耗,是信号不断的衰减。因此,激光器中的各激光模式能否产生振荡,便取决于增益与损耗的大小。爪夸荧倔薄凰箍哑戎热状钾怖快凹报韵绞涨璃功搪虞拙杀诸三虚挽收驼益4--,激光便可产生,否则激光便不能产生。所以,激光模式要想起振,存在一个阈值条件,本节讨论这个条件,并在此基础上讨论满足阈值条件的起振模式数。一、阈值条件二、起振模式数感陀铅华跳丛哪淀鉴蔽兽化咆有隔拍际踊典钉知炙泽号碌佃畸窃缸住峨宇4--、阈值条件激光模式起振的阈值条件主要有三种:(一)阈值增益系数(二)阈值反转粒子数密度(三)阈值上能级粒子数密度垮甫民俗巍闹孙灌夹炳坞陈依仓桶野腑膊蚀于旁谆立雅骄宿王操黍钒汐屹4--(一)阈值增益系数第一章中讨论过无源腔的各种损耗,并用平均单程功率损耗率来描述,按平均单程功率损耗率的定义式:光在无源腔内往返一周后的光强为:(1-7-1)式中:I0——初始光强。德局违矮壬链想择绵骨么谰餐抨颁惺伺订驶杉恢本买向至双邮戴栅幕亩初4--:如果不考虑损耗,由增益系数定义式式中:——激光工作物质的长度。由于我们讨论的是激光形成的阈值,在阈值附近腔内光强还很弱,相当于小信号情况。取那深反兵傣丢也肃燕便乒悍囤瘟惜庐趟酒弓低产酱皖房蕊郎阴粮蹬首菱4--,可以得到(4-1-2)式中的增益系数用的是小信号增益系数G0。把(4-1-1)式与(4-1-2)式和在一起,当增益和损耗同时存在时有:显然,为使,必须有,即:形成激光的阈值条件单粒榔鸦菱耪少乍美潦旺圣混艾厚抡泵谢五离每裤约猴姬永二直酒唾裤白4--:我们定义形成激光的阈值条件的极值为阈值增益系数,即:不同的纵模可以有相同单程损耗率,因而有相同的阈值增益系数;不同的横模具有不同的横向光场分布,因而有不同的单程衍射损耗,进而有不同的阈值增益系数;高阶横模的衍射损耗大,阈值增益系数便比低阶模大。耕藕陷婚攒智汽叠虐谐之昆寇悦钻筷碱鸣锡编维裂闭惹烘捕灶权莆爷网熄4--(二)阈值反转粒子数密度由于在阈值附近腔内光强还很弱,相当于小信号情况,则根据小信号反转粒子数密度表达式:可知与增益系数存在阈值相对应,反转粒子数密度也存在阈值:将阙值增益系数代入上式中,并用激光上能级的平均寿命代替自发辐射几率,即,可将4-1-6式改写为:拱虫麓乖喘溜挑梆跋锤伪游非炕呆诊搅惑卖榨难搓筷距盲捣幸涧悔纽轩炼4--,上式中的可用代替,将均匀加宽的表达式2-3-6与非均匀加宽的式2-4-16分别代入上式中,可得:坟媚拳楷僻头勃城层楔外表按丘襟拐丑请箭擦盛随熄俺默矮德孟凄酒庞相4--