激光产生的充分条件.pptVIP

* 教学理念 中心特色 中心成果 中心地位 中心案例 对外交流 1.3 激光产生的充分条件 一、饱和光强定义 所以,只要G0,I就会 ,那么是否就会产生激光呢? 分析 一方面,介质长度有限; 另一方面,I 的代价是ΔNul 因此，I增加到一定值时，就不再增长了，这时的光强 就为饱和光强Is。 饱和发生的介质长度就叫做饱和长度Ls 。 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 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 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 L l A da 面积 设介质已实现足够大的粒子数反转 L l A da 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 令 即： 关于L的 超越方程 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 ： 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 1.4 谱线加宽 一、 概述 1. 谱线宽度 上能级宽度: 下能级宽度: EuM Eu0 Eum ElM El0 Elm 中心频: 上边频: 下边频: 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 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 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 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 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 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： 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。 以Ａl代表能级l的驰豫衰减 Wu Wl Aul Bul(ν)I/c Blu (ν)I/c Eu El