激光器的輸出特性激光器的輸出功率

,上一頁,回首頁,下一頁,回末頁,回目錄,第三章 激光器的輸出特性,3.5激光器的輸出功率,1.腔內(nèi)最小的光強I,+,(0),2.腔內(nèi)最大光強I,-,(2L)=r,2,I,+,(0)exp2L(G-a,內(nèi),),3.輸出光強：I,out,=,t,1,I,-,(2L)=,t,1,r,2,I,+,(0)exp2L(G-a,內(nèi),),鏡面損耗：I,h,=,a,1,I,-,(2L)=,a,1,r,2,I,+,(0)exp2L(G-a,內(nèi),),剩余部分：I,+,(0)=,a,1,I,-,(2L)=,a,1,r,2,I,+,(0)exp2L(G-a,內(nèi),),圖（1）腔內(nèi)光強,3.5.1 均勻增寬型介質(zhì)激光器的輸出功率,5.對于腔內(nèi)任何一處z都有兩束傳播方向相反的行波I,+,(z)和I,-,(2L-z)引起粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布值發(fā)生飽和，增益系數(shù)也隨之發(fā)生飽和。如果近似用平均光強2I=I,+,(z)+I,-,(2L-z)，用,作為腔內(nèi)的平均增益系數(shù)，則腔內(nèi)的平均行波光強為：,圖（4.1.1）腔內(nèi)光強,1.理想的情況 ，將全反射鏡M,2,上的鏡面損耗都折合到M,1,上，這樣對M,2,有：,二、激光器的輸出功率,對M,1,有：,激光器的總損耗為：,如果 很小，將 用級數(shù)展開取一級近似，可得：,則激光器內(nèi)行波的平均光強I可以化為：,激光器輸出光強也可以表示為：,若激光器的平均截面為A，則其輸出功率為：,三、輸出功率與諸參量之間的關(guān)系討論,1.P與Is的關(guān)系:兩者成正比,2.P與A的關(guān)系:A越大，P越大；而高階橫模的光束截面要比基橫的大,3.P與,t,1,的關(guān)系:實際中總是希望輸出功率大鏡面損耗小，即希望：,這要求,t,1,大，,a,1,小，使,t,1,a,1,，但,1）,t,1,過大又使增益系數(shù)的閾值G,閾,升高，而如果介質(zhì)的雙程增益系數(shù)2LG,0,不夠大將會導(dǎo)致腔內(nèi)光強減小，使輸出功率降低。嚴(yán)重時使腔內(nèi)不能形成激光。,2）,t,1,過小，雖然使G,閾,降低光強增強，但鏡面損耗a,1,I,-,(2L)也將增大。,解此方程得：,為了使激光器有最大的輸出功率，必須使部分反射鏡的透射率取最佳值：,此時，激光器得輸出功率為：,一、穩(wěn)定出光時激光器內(nèi)諸參數(shù)的表達式,1.腔內(nèi)最大光強,2.輸出光強：,3.鏡面損耗：,4.最小光強：,光波在腔內(nèi)傳播情況如圖所示：,3.5.2 非均勻增寬型介質(zhì)激光器的輸出功率,即頻率為 的光波，和 兩束光在增益系數(shù)的曲線上 的兩側(cè)對稱的“燒”了兩個孔。如圖所示。,這就是非均勻增寬型介質(zhì)對非中心頻率光波的增益系數(shù)的表達式；,5.非均勻增寬型介質(zhì)的增益系數(shù)隨頻率 而變,1）光波的頻率 不在非均勻增寬介質(zhì)的中心頻率處，光波在腔內(nèi)傳播時將有兩部分粒子 和 粒子對它的放大作出貢獻。,腔內(nèi)不同地點的光強不同，取I作為平均光強，當(dāng)增益不太大時I=I,+,=I,-,，則介質(zhì)對 光波的平均增益系數(shù)為：,2）光波的頻率為線型函數(shù)的中心頻率 ，它只能使介質(zhì)中速度為 的這部分粒子數(shù)密度反轉(zhuǎn)分布值飽和。此時腔內(nèi)的光強為I,+,+I,-,，故介質(zhì)對 的增益系數(shù)為：,若用平均光強2I來代替 ，則光波在腔中的平均增益系數(shù)可表示為：,若腔內(nèi)各頻率的光強都等于Is，則 以及 附近的 光波所獲得的增益系數(shù)分別為：,若增益系數(shù)的閾值都相等，則 和 附近頻率為 光波的平均光強分別為下值，且前者比后者要弱：,二、激光器的輸出功率,（一）單頻激光器的輸出功率,此時腔內(nèi)的平均光強為：,2.若腔內(nèi)單縱模的頻率為 ，激光器的腔內(nèi)平均光強為：,激光器的輸出光強為：,若 光束的截面為A，則激光器的輸出功率為：,1.若腔內(nèi)只允許一個諧振頻率，且 ，激光器在理想的情況下，仍有：,激光器輸出光強為：,若 光束的截面為A，激光器的輸出功率為：,上圖為 輸出功率曲線，其在中心頻率處出現(xiàn)一個凹陷，稱為“蘭姆凹陷”,雖然介質(zhì)在中心頻率處的小訊號增益系數(shù)比其他任何頻率的小訊號增益系數(shù)大，但是由于在中心頻率處輸出功率的表達式中出現(xiàn)系數(shù)1/2，所以激光器對,0,光波的輸出功率要比它對,0,附近各頻率光波的輸出功率還要低。,如果我們使單縱模輸出的激光器的諧振頻率由小到大變化，則 如圖所示,蘭姆凹陷的中心頻率為 ，寬度大致為均勻增寬的線寬 ，當(dāng)激光管內(nèi)氣體壓力加大時，碰撞增寬使 增大，這將使蘭姆凹陷變寬、變淺，甚至?xí)怪?。圖(4.2.4)畫的是不同氣壓下輸出功率隨頻率變化的曲線，圖中P,3,P,2,P,1,（二）多頻激光器的輸出功率,輸出功率為：,1.若腔內(nèi)只允許多個諧振頻率，如果相鄰兩個縱模的頻率間隔大于燒孔的寬度，并且各頻率的燒孔都是彼此獨立的，則每個縱模的諸參數(shù)與其它縱模不存在時一樣，有平均光強為：,多頻激光器的輸出功率為：,縱模 在腔內(nèi)的平均光強為：,2.若腔內(nèi)多縱模的頻率 對稱的分布在 的兩側(cè)，也即有一個縱模頻率 ，必有另一個縱模頻率 ，則在理想情況下有縱模 的增益系數(shù)為：,縱模 的輸出功率為：,該多模激光器的輸出功率為：,