3激光产生的条件

3激光产生的条件南理工紫金学院光电子技术三激光产生条件 1 粒子数反转 2 减少振荡模式 3 起振和稳定振荡南理工紫金学院光电子技术 1 粒子数反转分布激发态的粒子数远远多于基态粒子数或高能级粒子数远远多于低能级粒子数,这种状态为粒子数反转分布或布局数反转分布。 T o Ei E n ni 南理工紫金学院光电子技术在物质能级中存在亚稳态能级。 ★ 对物质的要求需要外界激励——泵浦源 ★ 对外界的要求南理工紫金学院光电子技术 2 减少振荡模式光...

南理工紫金学院光电子技术三激光产生条件 1 粒子数反转 2 减少振荡模式 3 起振和稳定振荡南理工紫金学院光电子技术 1 粒子数反转分布激发态的粒子数远远多于基态粒子数或高能级粒子数远远多于低能级粒子数,这种状态为粒子数反转分布或布局数反转分布。 T o Ei E n ni 南理工紫金学院光电子技术在物质能级中存在亚稳态能级。 ★ 对物质的要求需要外界激励——泵浦源 ★ 对外界的要求南理工紫金学院光电子技术 2 减少振荡模式光方向不一致光强度不够高南理工紫金学院光电子技术解决方法全反射镜半反射镜光学谐振腔：使光只能沿着轴线方向往返运动南理工紫金学院光电子技术光学谐振腔：筛选光频率，只有满足干涉相长条件频率的光能在腔内往返运动光学谐振腔：增加光强度，实现光放大 out 光放大原理南理工紫金学院光电子技术由于存在损耗，光在谐振腔中往返一次产生的增益大于所有损耗时，才能产生振荡，从而产生激光，将这个起振条件叫做阈值条件。 2 起振条件——阈值条件南理工紫金学院光电子技术光在谐振腔内受到各种光在谐振腔内受到各种损耗损耗:: (1) (1) 反射镜的透射损耗反射镜的透射损耗 (2) (2) 谐振腔的内部损耗谐振腔的内部损耗 I3 I 1 I 0 rr 12 )L a2(GerrII −= 2104 内 I 4 I 2 光在腔内往返一次光在腔内往返一次不会被衰减的条不会被衰减的条件，件，即即形成激光振形成激光振荡的阈值条件：荡的阈值条件： 1221 0 4 ≥= − )L a(Gerr I I 内 )1ln()21( 21rrL •+= aG阈内南理工紫金学院光电子技术稳定振荡条件——增益饱和效应当入射光强度足够弱时，增益系数与光强无关，是一个常量，而当入射光强增加到一定程度时，增益系数将随光强的增大而减小，这种增益系数随光强的增大而减小的现象称为增益饱和效应，它是激光器建立稳定振荡过程的稳定振荡条件。南理工紫金学院光电子技术小结激光形成的条件 1 合适的工作物质能实现粒子数反转具有合适的能级结构（亚稳态能级） 2 具有外界泵浦（外界激励） 3 需要激光谐振腔南理工紫金学院光电子技术 4 起振条件——阈值条件G>G0 5 稳定振荡条件——增益饱和效应南理工紫金学院光电子技术四激光器的基本结构及输出谐振腔工作物质工作物质激励系统激励系统南理工紫金学院光电子技术 1 工作物质 ★ 能在两个能级之间产生粒子数反转的物质 ★ 具有合适的能级结构：高能级粒子不稳定，寿命短，而亚稳态能级粒子寿命长。 ★ 按工作物质分为固体、气体、半导体、染料激光器，可以产生从紫外到远红外波段的激光。南理工紫金学院光电子技术工作物质的能级结构 1）二能级系统的物质不能充当工作物质。南理工紫金学院光电子技术 2）三能级系统南理工紫金学院光电子技术三能级系统三能级系统当当泵浦光足够强时，有泵浦光足够强时，有可能使可能使 ,,在能在能级级EE33 于于EE22 间实现粒子间实现粒子数反转。数反转。 13 NN ≈ E 3 E 1 2E N2 1N3N E 0 N E 3 E 1 2E N2 1N3N E 0 N 亚稳态能级亚稳态能级南理工紫金学院光电子技术在在 EE2 2 和和EE1 1 能级能级间也有可能实现间也有可能实现粒子数反转。粒子数反转。亚稳态能级亚稳态能级 N E E3 E1 2E N21N3N0 E3 E1 2E N2 1N3N E 0 N 南理工紫金学院光电子技术 3）四能级系统南理工紫金学院光电子技术泵浦源电激励电激励化学激励化学激励热激励热激励光激励光激励 (A)(A) 激励激励((又称泵浦又称泵浦)) 南理工紫金学院光电子技术光学谐振腔——开腔 1）定义：一对反射镜为端面的腔体，两镜互相平行，分为部分和全反射两块。 2）作用： ★ 使激光具有很好的方向性（轴方向） ★ 正反馈作用，增强光放大。 ★ 选频作用，使激光具有单色性。南理工紫金学院光电子技术激光在两反射镜间形成激光在两反射镜间形成驻波驻波。。谐振条件为：谐振条件为： 2nL = 2nL = qqλλ νν = q= q((c c ⁄⁄ 22nLnL)) LL: : 腔长腔长 nn::气体折射率气体折射率 1 粒子数反转分布小结四激光器的基本结构及输出 1 工作物质工作物质的能级结构泵浦源光学谐振腔——开腔

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