五-單模激光器的線寬極限講解課件

1、五 單模激光器的線寬極限無源腔單程損耗為，本征模式的譜線寬度為實際激光器腔內(nèi)工作物質(zhì)的增益系數(shù)恒大于0，所以稱作有源諧振腔。其單程凈損耗為激光器穩(wěn)態(tài)工作時, 有 , 所以 ？五 單模激光器的線寬極限無源腔單程損耗為，本征模式自然界不可能存在絕對的單色光，實際的單縱模激光器的線寬也不會等于零。在光子數(shù)密度方程中曾忽略了自發(fā)輻射，在討論閾值及輸出功率等問題時，因自發(fā)輻射比受激輻射的貢獻微弱，忽略是可行的，但在考慮線寬問題時必須考慮自發(fā)輻射。自然界不可能存在絕對的單色光，實際的單縱模激光器的線寬也不會 實際激光器中由于自發(fā)輻射的存在，使得激光器的輸出功率包括受激輻射功率和自發(fā)輻射功率兩部分：P0=P

2、st+Psp。由于Pst小于P0，穩(wěn)態(tài)振蕩時，受激過程的增益略小于損耗，其不足的部分由自發(fā)輻射補充。但自發(fā)輻射具有隨機的相位，所以輸出激光是一個略有衰減的有限長波列，因此具有一定的譜線寬度s。這種線寬是由于自發(fā)輻射的存在而產(chǎn)生的，因而是無法排除的，所以稱為線寬極限。實際激光器中由于自發(fā)輻射的存在，使得激光器的輸出功率包括受激只考慮輸出損耗T，穩(wěn)定工作時，另外，只考慮輸出損耗T，穩(wěn)定工作時，輸出功率越大，線寬越窄。因為輸出功率增大就意味著腔內(nèi)相干光子數(shù)增多，受激輻射比自發(fā)輻射占更大優(yōu)勢，因而線寬變窄。減小損耗和增加腔長也可使線寬變窄。輸出功率越大，線寬越窄。因為輸出功率增大就意味著腔內(nèi)相干光子六

3、 激光器的頻率牽引色散現(xiàn)象 (Dispersion)從光和物質(zhì)相互作用的經(jīng)典理論得知：激光工作物質(zhì)在增益（或吸收）曲線中心頻率0附近呈現(xiàn)強烈的色散，即折射率隨頻率而急劇變化；色散隨工作物質(zhì)增益系數(shù)的增高而增大。六 激光器的頻率牽引色散現(xiàn)象 (Dispersion)增益系數(shù)為零時，折射率為常數(shù)，記為0。增益系數(shù)不為零時，折射率是頻率的函數(shù)，記為 ，其中()表示折射率隨頻率變化的部分。增益系數(shù)為零時，折射率為常數(shù)，記為0。增益系數(shù)不為零時，折在均勻加寬工作物質(zhì)中，在綜合加寬工作物質(zhì)中，粒子必須按其表觀中心頻率分類。設(shè)表觀中心頻率在00+d0范圍內(nèi)的反轉(zhuǎn)集居數(shù)密度為 ，這部分反轉(zhuǎn)粒子對折射率變化的貢

4、獻為在均勻加寬工作物質(zhì)中，全部反轉(zhuǎn)粒子對折射率變化的貢獻為各種表觀中心頻率貢獻的總和全部反轉(zhuǎn)粒子對折射率變化的貢獻為各種表觀中心頻率貢獻的總和五-單模激光器的線寬極限講解課件令令如果工作物質(zhì)具有非均勻加寬線型，即非均勻加寬時的折射率變化為當(dāng)考慮0附近的色散現(xiàn)象時， ，上式積分在很小的范圍內(nèi)進行，在此范圍內(nèi)t0；當(dāng) 時，()0。從H()和i()的表達式中看出，當(dāng) 頻率牽引(frequency pulling)在無源諧振腔中，縱模頻率表示為在有源諧振腔中，由于色散的存在，縱模頻率變?yōu)轱@然它偏離了無源腔的縱模頻率，偏離量為頻率牽引(frequency pulling)在無源諧振腔中當(dāng) 時， ，因而

5、； 當(dāng) 時， ，因而 。在有源腔中，由于增益物質(zhì)的色散，使縱模頻率比無源腔縱模更靠近中心頻率，這種現(xiàn)象稱為頻率牽引。(If the passive cavity resonance is not equal to the atomic line center 0, oscillation takes place near but is shifted slightly toward 0. This phenomenon is referred to as frequency pulling.)當(dāng) 時， ，因而 五-單模激光器的線寬極限講解課件對均勻加寬激光器假定腔長與工作物質(zhì)長度相等，當(dāng)激光器穩(wěn)態(tài)工作時引入牽引參量H，它表示為對均勻加寬激光器假定腔長與工作物質(zhì)長度相等，當(dāng)激光器穩(wěn)態(tài)工作對非均勻加寬激光器穩(wěn)態(tài)工作時對非均勻加寬激光器穩(wěn)態(tài)工作時 非均勻加寬的牽引參量i為對632.8nm氦氖激光器， i的數(shù)量約為10-3。 Sum-up振蕩