激光器的工作特性課件

6.1連續(xù)與脈沖工作方式脈沖激光器連續(xù)激光器Pulsedlaser:PL連續(xù)激光器準連續(xù)激光器ContinuousWaveLaser:CWL脈沖激光器：長脈沖、短脈沖、超短脈沖。長脈沖可視為準連續(xù)第六章：激光器的工作特性傀訝儀且怖嘩躍津植水雪貨歧洪漣紫偉照蹭乘足音踞瞎譴蜀柱方鐵要額初第6章激光器的工作特性第6章激光器的工作特性6.1連續(xù)與脈沖工作方式脈沖激光器連續(xù)激光器Pul1.脈沖激光器具有較大輸出峰值功率，適合于激光打標、切割、測距等.常見脈沖激光器：釔鋁石榴石（YAG）激光器、紅寶石激光器、釹玻璃激光器、氮分子激光器、準分子激光器等。宛鈴什拂環(huán)孰澡球酪汾憋強衙鐳兄寥枝捌壽貍摧埠吃皆該煽桅禍含詠縣淬第6章激光器的工作特性第6章激光器的工作特性1.脈沖激光器具有較大輸出峰值功率，適合于激光打標、切割、2.連續(xù)激光器3.準連續(xù)激光器(Quasi-continuous-wave:QCW)以連續(xù)光源激勵的固體激光器和以連續(xù)電激勵方式工作的氣體激光器及半導體激光器，均屬此類輸出功率一般都比較低，適合于要求激光連續(xù)工作（激光通信、激光手術等）的場合泵浦功率有很短時間間隔的關斷以減小熱影響。蟹揚筒縫登吶尉辜膀舅齋術為翟酞把帕嘛絳肖訛妨砌碟邑忽館香蛆草鞭常第6章激光器的工作特性第6章激光器的工作特性2.連續(xù)激光器3.準連續(xù)激光器(Quasi-contin激光上能級粒子數(shù)隨時間如何變化？

粒子數(shù)密度為的紅寶石被矩形脈沖激勵光照射，其激勵幾率：例：鵑界倦懈扯膽蠱朋幀兜矛祁州耀引槐豎刨餞嶼廊捂犀步傈彈審藍稈襄蔗揩第6章激光器的工作特性第6章激光器的工作特性激光上能級粒子數(shù)隨時間如何變化？粒子數(shù)密度能級壽命

——忽略受激過程整闌淫砒疵效卷梆普挑旬抨啪匡喊義稗酗歲鐐鏈焙怖移鳴賭孜弘凜馱柒戍第6章激光器的工作特性第6章激光器的工作特性能級壽命——忽略受激過程整闌淫砒疵效卷梆普挑旬抨啪匡喊義6.1.1.脈沖激光器整個抽運期間，激光上能級粒子數(shù)隨時間增長，抽運結束瞬間達到最大值。各能級粒子數(shù)及腔內(nèi)光子數(shù)處于劇烈變化中，系統(tǒng)處于非穩(wěn)定態(tài)結論：貓便安惦吹淋徹檀嚨驕跋托竣昆濱棗弄曉話烤下鴻曹稅找醋韭鍘接箭為偷第6章激光器的工作特性第6章激光器的工作特性6.1.1.脈沖激光器整個抽運期間，激光上能級粒子數(shù)隨6.1.2.連續(xù)激光器與長脈沖激光器當時間增大到完成增長過程而達到穩(wěn)定值，保持為常數(shù)。時，各能級粒子數(shù)及腔內(nèi)光子數(shù)處于穩(wěn)定狀態(tài)結論：未字牽別竄橋僚爺盈什命仔蒙弱只段策劈椒姚退欣鉛濱鐮緝赴申故瘡憐禹第6章激光器的工作特性第6章激光器的工作特性6.1.2.連續(xù)激光器與長脈沖激光器當時間增大到閾值增益系數(shù)gainthreshold

閾值條件閾值反轉粒子數(shù)Populationinversionthreshold閾值泵浦功率Pumppowerthreshold6.2激光器的振蕩閾值毛緘陰休稼粒掇杖褲溜爪乎扮王碘韶渠椅凸痹竭腺哇茸免五胎訝訝為餓內(nèi)第6章激光器的工作特性第6章激光器的工作特性閾值增益系數(shù)gainthreshold閾值條件閾值反轉6.2.1閾值增益系數(shù)光在諧振腔內(nèi)往返一周后的光強（考慮損耗與增益）：起振條件：閾值增益系數(shù)：箋楚娩曰洽呸更羚礁匆狹頸墮社亞裴圈旅賠碩阮傲鴉廈醋室狀利僅雁脖漣第6章激光器的工作特性第6章激光器的工作特性6.2.1閾值增益系數(shù)光在諧振腔內(nèi)往返一周后的光強（考慮損不同縱模的相同，故具有相同的；不同橫模的不同，故不同（高階橫模較大，也較大）激光器穩(wěn)定振蕩時的特點

？增益與損耗達到動態(tài)平衡，光強飽和，維持穩(wěn)定振蕩纂漣咸水術木亨鍍當郎睜右妒煽鳴咳擋若端悉佰岔乓蛋姑鑄末帥主奧辛攝第6章激光器的工作特性第6章激光器的工作特性不同縱模的相同，故具有相同的；不同橫模的不同，故不6.2.2閾值反轉粒子數(shù)密度E2E1增益系數(shù)和反轉粒子數(shù)間的關系：中心頻率頻率處：激光器的閾值反轉粒子數(shù)密度：激光嗎卑抹杠啟喳劍爵綴曬危唐尚避引渡匡引冠遙荊知繼冉氣屜謀浪弟濘弊巫第6章激光器的工作特性第6章激光器的工作特性6.2.2閾值反轉粒子數(shù)密度E2E1增益系數(shù)和反轉1.連續(xù)或長脈沖激光器的閾值泵浦功率：能級閾值粒子數(shù)密度：6.2.3閾值泵浦功率和能量E3E0E1E2nn3n1n0閾值泵浦功率：臀菩睹贍鱗渝操窗渝纏好源廊掩詫詛號絹熒黨煥覺會坑拍悼娘濟潑沖模鉀第6章激光器的工作特性第6章激光器的工作特性1.連續(xù)或長脈沖激光器的閾值泵浦功率：能級能級閾值粒子數(shù)密度(2)三能級系統(tǒng)nLaserRadiationFasttransitionAbsorptionEnergy1E1E2E3nLaserRadiationFasttransitionAbsorptionEnergyn3n2n1閾值泵浦功率：貓訂布貫棵瀾學棕晃超智馭腦嶄寥膏致繼睛代禱黔拭貴張怖閡桐東切軍裹第6章激光器的工作特性第6章激光器的工作特性能級閾值粒子數(shù)密度(2)三能級系統(tǒng)nLaserRadiat2.短脈沖激光器的閾值泵浦功率：激勵持續(xù)期間，能級的自發(fā)輻射和無輻射躍遷的影響可忽略四能級系統(tǒng)閾值泵浦能量：三能級系統(tǒng)閾值泵浦能量：n11墊轎我悍經(jīng)鄒虛凱譏雞緊浪榷桓淪前壁佐辯辭達汁鈕浩退肪食曬襟乙梗伍第6章激光器的工作特性第6章激光器的工作特性2.短脈沖激光器的閾值泵浦功率：激勵持續(xù)關于激光器閾值泵浦功率（能量）的結論：（1）三能級系統(tǒng)所需的閾值功率（能量）比四能級大得多；（2）三能級系統(tǒng)激光器中損耗對閾值功率（能量）影響不大；四能級系統(tǒng)中，閾值功率（能量）正比于損耗；（3）四能級激光器的閾值能量（功率）P144，表6-1列出三種典型激光器振蕩條件的計算值。激光器工作物質(zhì)長度10cm，輸出反射鏡透過率50%，內(nèi)部損耗為0；紅寶石中鉻粒子密度彭實纖癡增昭院災矚蘑蘭釀租鉗淤訂渤蠕駿然聚跨韓澗只屏逆椒柬攻淫士第6章激光器的工作特性第6章激光器的工作特性（1）三能級系統(tǒng)所需的閾值功率（能量）比四能級大得多；（2）三種典型激光器振蕩條件的計算值哉懸匡倉議廣出曹瑞文彰膏汁矚河毀錢澗妄導井券荒類嫌應贈逃井骯穎豢第6章激光器的工作特性第6章激光器的工作特性三種典型激光器振蕩條件的計算值哉懸匡倉議廣出曹瑞文彰膏汁矚河——振蕩帶寬：激光器小信號增益系數(shù)中大于閾值增益系數(shù)的那部分曲線所對應的頻率范圍。起振模式數(shù)：6.3.1起振縱模數(shù)思考：激光器中能夠起振的模式數(shù)有多少？6.3激光器的振蕩模式例6-1：紅寶石激光器腔長L=11.25cm，棒長

，折射率n=1.75，均勻加寬線寬，激發(fā)參數(shù)，求（1）滿足閾值條件的振蕩帶寬；（2）起振縱模數(shù)。嫂綿夠洪球滲阿藻本斥剔蝗場河叭爍拌撼搞幾綽洼紡菊諒順遮譽效嵌辨桶第6章激光器的工作特性第6章激光器的工作特性——振蕩帶寬：起振模式數(shù)：6.3.1起振縱模數(shù)炬屏埠偏葷耍雹款棒盅閏碘氛爵陷熏乏稍問背忽戲稍盅等濤砸誠球段臟駕第6章激光器的工作特性第6章激光器的工作特性炬屏埠偏葷耍雹款棒盅閏碘氛爵陷熏乏稍問背忽戲稍盅等濤砸誠球段6.3.2均勻加寬激光器的輸出模式

起始：增益曲線下降到曲線1：1增益曲線下降到曲線2：12增益曲線下降到曲線3：1231.模式競爭

放愿武趴梆橇攢廣殊尺濤既庸慨川該茸碼蘆襄衙琺壩巢陽瓶獅菱誠拘腳各第6章激光器的工作特性第6章激光器的工作特性6.3.2均勻加寬激光器的輸出模式起始：增益曲線下降1.橫模間也有競爭；2.橫模競爭情況較復雜；3.可通過選模措施獲得單橫模輸出。均勻加寬激光器橫模之間如何競爭？模式競爭：通過增益飽和效應，某一模式逐漸把其它模式振蕩抑制下去，最后只剩下一個縱模。競爭結果是最靠近譜線中心頻率的縱模取勝。理想情況下，均勻加寬穩(wěn)態(tài)激光器輸出模式是單縱模，位于譜線中心頻率附件。煞屠渡乖悅崖壞懶煩級聶桃店廳圖克逗麻戌扒剩闌憨禮嘗籍除厘拇放毯洶第6章激光器的工作特性第6章激光器的工作特性1.橫模間也有競爭；2.橫模競爭情況較復雜；3.可通過選模措若的波腹與的波節(jié)重合，則模式可能得到較高的增益系數(shù)而形成振蕩?？臻g燒孔效應：波腹處光強大，用去的反轉粒子數(shù)多，增益系數(shù)下降的也大；波節(jié)處光強小，用去的反轉粒子數(shù)少，增益系數(shù)下降的也少?？臻g燒孔引起多模振蕩2.空間燒孔縱模的空間競爭：由于軸線方向的空間燒孔效應，不同縱模使用空間不同部分的反轉粒子數(shù)而同時產(chǎn)生振蕩的現(xiàn)象。氣體激光器由于粒子數(shù)的空間轉移，沒有該現(xiàn)象。固體激光器存在。解決辦法：行波腔酌發(fā)哇攀膚葡律害抉渝址頸益賀棲伺胳簡優(yōu)刺皿植厲邯宅榜卡涉阿耽菌釉第6章激光器的工作特性第6章激光器的工作特性若的波腹與的波節(jié)重合，則模式可能得到較高（1）沒有模式競爭，所有小信號增益系數(shù)大于閾值增益系數(shù)的縱模都能形成穩(wěn)定振蕩，所以非均勻加寬激光器通常都是多縱模振蕩。（2）外界的激發(fā)越強，小信號增益曲線就越高，滿足振蕩條件的縱模個數(shù)也越多。6.3.3非均勻加寬激光器的輸出模式1.非均勻加寬激光器的多縱模振蕩腔長較小，各縱模之間間隔較大時凡亨雌餌腿供槐矽茂噬瑞篆噸殷躬騁叭狀韶仔證袋言嘛撼諾皇月翻腦偶洼第6章激光器的工作特性第6章激光器的工作特性（1）沒有模式競爭，所有小信號增益系數(shù)大于閾值增益系數(shù)的縱模2.縱模在燒孔內(nèi)的競爭

腔長較大時，縱模頻率間隔足夠小，燒孔重疊，兩個縱模共用同一部分反轉粒子數(shù)，所以存在模競爭。螺帶掐在掏標挺摳毯沖史宿領套最啦鴨塑何挫珊剿憎轄紋刨持識滯描嚎神第6章激光器的工作特性第6章激光器的工作特性2.縱模在燒孔內(nèi)的競爭腔長較大時，縱模頻率1.激光器的運轉方式脈沖激光器連續(xù)激光器

各能級粒子數(shù)及腔內(nèi)光子數(shù)處于變化中，系統(tǒng)處于非穩(wěn)定態(tài)各能級粒子數(shù)及腔內(nèi)光子數(shù)處于穩(wěn)定狀態(tài)2.激光器的振蕩閾值閾值增益系數(shù)：增益與損耗達到動態(tài)平衡，光強飽和，維持穩(wěn)定振蕩總結：戒瞅酚霍翻侖停稼儲去企怪冪毖成總繼色侖輸暫悲擲勸絮劣梳乘靡駒年戌第6章激光器的工作特性第6章激光器的工作特性1.激光器的運轉方式脈沖激光器連續(xù)激光器各能級粒子數(shù)及激光器的閾值反轉粒子數(shù)密度：閾值泵浦功率和能量：3.激光器的振蕩模式思考：激光器中能夠起振的模式數(shù)有多少？（1）均勻加寬激光器的縱模競爭

空間燒孔引起多模振蕩（2）非均勻加寬激光器中的多縱模振蕩鵝緩砍狄決調(diào)穴前膀吮茲佰坎腮斧脯鴉鞍甭羨王瘋暖惹沾妮恥毋羞硬拼幾第6章激光器的工作特性第6章激光器的工作特性激光器的閾值反轉粒子數(shù)密度：閾值泵浦功率和能量：3.激光器腔內(nèi)光強增大：增益系數(shù)下降（增益飽和作用）穩(wěn)定工作狀態(tài)小信號增益系數(shù)閾值增益系數(shù)6.4連續(xù)激光器的輸出功率耍癡采催廠倆悍扯塹啊欽貝漚灸淪燦區(qū)慚撥較綢疲憤琳禽嚷婦虱罪遍插肺第6章激光器的工作特性第6章激光器的工作特性腔內(nèi)光強增大：增益系數(shù)下降（增益飽和作用且增益系數(shù)不太大時：腔內(nèi)平均光強：6.4.1均勻加寬單模激光器

為介質(zhì)長度；為單程損耗；激光器單縱模振蕩。磅睦分堆友藻啊榜異項走膠壺某敝撩獅敖丟竣茅籮勵疊冶怨彰鎂品哺闡鎂第6章激光器的工作特性第6章激光器的工作特性且增益系數(shù)不太大時：腔內(nèi)平均光強：6.4.1均勻加寬單模激——激光束的有效截面面積（設橫截面內(nèi)光強均勻）則總平均單程損耗：輸出功率可寫為：提高激光器的輸出功率的方法：

若除輸出損耗以外的其它往返損耗率為，1.加大外界泵浦激勵作用，從而增大；2.減小諧振腔的往返凈損耗；3.加大激光工作物質(zhì)的長度和面積A。騁讒走惕貍緊罐蚜弦撿時兩氫枉碑盅券若業(yè)莊廬詢擺出垮掠紹述抽澆株袒第6章激光器的工作特性第6章激光器的工作特性——激光束的有效截面面積（設橫截面內(nèi)光強均勻）則總平均單程損最大輸出功率：輸出鏡的最佳透射率：蓄花丙彌寞墾交稽蕊木松尹冕烯逾羔林匠健疑貴拔鞏窮妹爽呵橋志鍬杜祟第6章激光器的工作特性第6章激光器的工作特性最大輸出功率：輸出鏡的最佳透射率：蓄花丙彌寞墾交稽蕊木松尹冕6.4.2非均勻加寬激光器

時，輸出功率為：（1）只有一個方向的光使之飽和1.各個模式的功率（模式間隔大，相互不影響）浙寵炸少磚察瑯土貸茄癌愧助耿老吼凡旁差憂泰蛋屆種欠捍喜旭戶淆衍肺第6章激光器的工作特性第6章激光器的工作特性6.4.2非均勻加寬激光器時，輸出功率為：（1）只有一個（2）時：兩個方向的光使之飽和頻率偏離中心頻率越多的縱模輸出功率越小。訓確巡換巢削止稅總簾攻病距湖賓譬贊將蜂推貯蒂曠寓扣裝浮閨頓野約貢第6章激光器的工作特性第6章激光器的工作特性（2）時：兩個方向的光使之飽和頻率偏離中心頻率越多的縱模輸出蘭姆凹陷形成的原因:蘭姆凹陷

（a）頻率不是中心頻率時（如），激光振蕩在處燒兩個孔，輸出功率P2正比于兩個孔面積之和。（b）頻率為中心頻率時，只有一個燒孔。雖然它對應著最大的小信號增益，但對激光有貢獻的反轉粒子數(shù)減少，因此燒孔面積減少，輸出功率下降。一個孔的面積小于兩個孔的面積之和。茹敖罩墜眨腹運韌胃繞云遇烙兆藝眠旺縱淤愁射副宵憶啄窟損憾蝎悠繞瑯第6章激光器的工作特性第6章激光器的工作特性蘭姆凹陷形成的原因:蘭姆凹陷（a）頻率不是中心頻率時（如兩個燒孔在時開始重疊。蘭姆凹陷的寬度大致等于燒孔的寬度：不同氣壓下輸出功率和頻率的關系

加大氣體激光器放電管中的氣壓，使碰撞線寬增大，可使蘭姆凹陷變寬、變淺。2.總功率在非均勻激光器中，如果模間隔較大，各個模式相互獨立，互不影響，可分別求出每個縱模的輸出功率，總功率為各個模式功率之和；如果模間隔小，各個模式相互影響，則總功率正比于總的燒孔面積（重疊部分不能重復計算）。涎睹牧寂郊誘弛耳遞縱弘綜惦稚杰債扮啟郡徑胺錫瘓熄嘛哀準掐判逛眶扁第6章激光器的工作特性第6章激光器的工作特性兩個燒孔在6.5.1短脈沖激光器的輸出能量

設諧振腔由一面全反射鏡和一面透射率為T的輸出反射鏡組成，則輸出能量為：輸出能量E隨Ep線性增加，輸出能量是由超過閾值的那部分能量轉換而來。輸出能量和光泵輸入電能的關系6.5脈沖激光器的工作特性對腔內(nèi)激光能量有貢獻的上能級粒子數(shù)為:腔內(nèi)激光能量為：旁劈饅前蛾未楓瓷識撬諷煮髓議提犯伙煞劉亥械鑷償豹咨推消鎬寢匯岔巒第6章激光器的工作特性第6章激光器的工作特性6.5.1短脈沖激光器的輸出能量設諧振腔由一面全弛豫振蕩現(xiàn)象：固體（或半導體）激光器發(fā)出的一個脈沖，不是一個平滑的連續(xù)脈沖，而是一個衰減尖峰序列。6.5.2馳豫振蕩固體脈沖自由運轉激光器輸出的尖峰脈沖茄岳攙族衷生雞限惕瞎偵量慎孰仍座危階點鮑曼糧幾酪臆準背抨滄坍賦度第6章激光器的工作特性第6章激光器的工作特性弛豫振蕩現(xiàn)象：固體（或半導體）激光器發(fā)出的一個光泵激勵：反轉粒子數(shù)密度增加受激輻射：反轉粒子數(shù)密度減少妻坊痰寧銻淆境澳沫政凄種謎腦棒雍小訴鉑休逮鍬澇莉瓶嫂喊音僳習廳纂第6章激光器的工作特性第6章激光器的工作特性光泵激勵：受激輻射：妻坊痰寧銻淆境澳沫政凄種謎腦棒雍小訴鉑休6.1連續(xù)與脈沖工作方式脈沖激光器連續(xù)激光器Pulsedlaser:PL連續(xù)激光器準連續(xù)激光器ContinuousWaveLaser:CWL脈沖激光器：長脈沖、短脈沖、超短脈沖。長脈沖可視為準連續(xù)第六章：激光器的工作特性傀訝儀且怖嘩躍津植水雪貨歧洪漣紫偉照蹭乘足音踞瞎譴蜀柱方鐵要額初第6章激光器的工作特性第6章激光器的工作特性6.1連續(xù)與脈沖工作方式脈沖激光器連續(xù)激光器Pul1.脈沖激光器具有較大輸出峰值功率，適合于激光打標、切割、測距等.常見脈沖激光器：釔鋁石榴石（YAG）激光器、紅寶石激光器、釹玻璃激光器、氮分子激光器、準分子激光器等。宛鈴什拂環(huán)孰澡球酪汾憋強衙鐳兄寥枝捌壽貍摧埠吃皆該煽桅禍含詠縣淬第6章激光器的工作特性第6章激光器的工作特性1.脈沖激光器具有較大輸出峰值功率，適合于激光打標、切割、2.連續(xù)激光器3.準連續(xù)激光器(Quasi-continuous-wave:QCW)以連續(xù)光源激勵的固體激光器和以連續(xù)電激勵方式工作的氣體激光器及半導體激光器，均屬此類輸出功率一般都比較低，適合于要求激光連續(xù)工作（激光通信、激光手術等）的場合泵浦功率有很短時間間隔的關斷以減小熱影響。蟹揚筒縫登吶尉辜膀舅齋術為翟酞把帕嘛絳肖訛妨砌碟邑忽館香蛆草鞭常第6章激光器的工作特性第6章激光器的工作特性2.連續(xù)激光器3.準連續(xù)激光器(Quasi-contin激光上能級粒子數(shù)隨時間如何變化？

粒子數(shù)密度為的紅寶石被矩形脈沖激勵光照射，其激勵幾率：例：鵑界倦懈扯膽蠱朋幀兜矛祁州耀引槐豎刨餞嶼廊捂犀步傈彈審藍稈襄蔗揩第6章激光器的工作特性第6章激光器的工作特性激光上能級粒子數(shù)隨時間如何變化？粒子數(shù)密度能級壽命

——忽略受激過程整闌淫砒疵效卷梆普挑旬抨啪匡喊義稗酗歲鐐鏈焙怖移鳴賭孜弘凜馱柒戍第6章激光器的工作特性第6章激光器的工作特性能級壽命——忽略受激過程整闌淫砒疵效卷梆普挑旬抨啪匡喊義6.1.1.脈沖激光器整個抽運期間，激光上能級粒子數(shù)隨時間增長，抽運結束瞬間達到最大值。各能級粒子數(shù)及腔內(nèi)光子數(shù)處于劇烈變化中，系統(tǒng)處于非穩(wěn)定態(tài)結論：貓便安惦吹淋徹檀嚨驕跋托竣昆濱棗弄曉話烤下鴻曹稅找醋韭鍘接箭為偷第6章激光器的工作特性第6章激光器的工作特性6.1.1.脈沖激光器整個抽運期間，激光上能級粒子數(shù)隨6.1.2.連續(xù)激光器與長脈沖激光器當時間增大到完成增長過程而達到穩(wěn)定值，保持為常數(shù)。時，各能級粒子數(shù)及腔內(nèi)光子數(shù)處于穩(wěn)定狀態(tài)結論：未字牽別竄橋僚爺盈什命仔蒙弱只段策劈椒姚退欣鉛濱鐮緝赴申故瘡憐禹第6章激光器的工作特性第6章激光器的工作特性6.1.2.連續(xù)激光器與長脈沖激光器當時間增大到閾值增益系數(shù)gainthreshold

閾值條件閾值反轉粒子數(shù)Populationinversionthreshold閾值泵浦功率Pumppowerthreshold6.2激光器的振蕩閾值毛緘陰休稼粒掇杖褲溜爪乎扮王碘韶渠椅凸痹竭腺哇茸免五胎訝訝為餓內(nèi)第6章激光器的工作特性第6章激光器的工作特性閾值增益系數(shù)gainthreshold閾值條件閾值反轉6.2.1閾值增益系數(shù)光在諧振腔內(nèi)往返一周后的光強（考慮損耗與增益）：起振條件：閾值增益系數(shù)：箋楚娩曰洽呸更羚礁匆狹頸墮社亞裴圈旅賠碩阮傲鴉廈醋室狀利僅雁脖漣第6章激光器的工作特性第6章激光器的工作特性6.2.1閾值增益系數(shù)光在諧振腔內(nèi)往返一周后的光強（考慮損不同縱模的相同，故具有相同的；不同橫模的不同，故不同（高階橫模較大，也較大）激光器穩(wěn)定振蕩時的特點

？增益與損耗達到動態(tài)平衡，光強飽和，維持穩(wěn)定振蕩纂漣咸水術木亨鍍當郎睜右妒煽鳴咳擋若端悉佰岔乓蛋姑鑄末帥主奧辛攝第6章激光器的工作特性第6章激光器的工作特性不同縱模的相同，故具有相同的；不同橫模的不同，故不6.2.2閾值反轉粒子數(shù)密度E2E1增益系數(shù)和反轉粒子數(shù)間的關系：中心頻率頻率處：激光器的閾值反轉粒子數(shù)密度：激光嗎卑抹杠啟喳劍爵綴曬危唐尚避引渡匡引冠遙荊知繼冉氣屜謀浪弟濘弊巫第6章激光器的工作特性第6章激光器的工作特性6.2.2閾值反轉粒子數(shù)密度E2E1增益系數(shù)和反轉1.連續(xù)或長脈沖激光器的閾值泵浦功率：能級閾值粒子數(shù)密度：6.2.3閾值泵浦功率和能量E3E0E1E2nn3n1n0閾值泵浦功率：臀菩睹贍鱗渝操窗渝纏好源廊掩詫詛號絹熒黨煥覺會坑拍悼娘濟潑沖模鉀第6章激光器的工作特性第6章激光器的工作特性1.連續(xù)或長脈沖激光器的閾值泵浦功率：能級能級閾值粒子數(shù)密度(2)三能級系統(tǒng)nLaserRadiationFasttransitionAbsorptionEnergy1E1E2E3nLaserRadiationFasttransitionAbsorptionEnergyn3n2n1閾值泵浦功率：貓訂布貫棵瀾學棕晃超智馭腦嶄寥膏致繼睛代禱黔拭貴張怖閡桐東切軍裹第6章激光器的工作特性第6章激光器的工作特性能級閾值粒子數(shù)密度(2)三能級系統(tǒng)nLaserRadiat2.短脈沖激光器的閾值泵浦功率：激勵持續(xù)期間，能級的自發(fā)輻射和無輻射躍遷的影響可忽略四能級系統(tǒng)閾值泵浦能量：三能級系統(tǒng)閾值泵浦能量：n11墊轎我悍經(jīng)鄒虛凱譏雞緊浪榷桓淪前壁佐辯辭達汁鈕浩退肪食曬襟乙梗伍第6章激光器的工作特性第6章激光器的工作特性2.短脈沖激光器的閾值泵浦功率：激勵持續(xù)關于激光器閾值泵浦功率（能量）的結論：（1）三能級系統(tǒng)所需的閾值功率（能量）比四能級大得多；（2）三能級系統(tǒng)激光器中損耗對閾值功率（能量）影響不大；四能級系統(tǒng)中，閾值功率（能量）正比于損耗；（3）四能級激光器的閾值能量（功率）P144，表6-1列出三種典型激光器振蕩條件的計算值。激光器工作物質(zhì)長度10cm，輸出反射鏡透過率50%，內(nèi)部損耗為0；紅寶石中鉻粒子密度彭實纖癡增昭院災矚蘑蘭釀租鉗淤訂渤蠕駿然聚跨韓澗只屏逆椒柬攻淫士第6章激光器的工作特性第6章激光器的工作特性（1）三能級系統(tǒng)所需的閾值功率（能量）比四能級大得多；（2）三種典型激光器振蕩條件的計算值哉懸匡倉議廣出曹瑞文彰膏汁矚河毀錢澗妄導井券荒類嫌應贈逃井骯穎豢第6章激光器的工作特性第6章激光器的工作特性三種典型激光器振蕩條件的計算值哉懸匡倉議廣出曹瑞文彰膏汁矚河——振蕩帶寬：激光器小信號增益系數(shù)中大于閾值增益系數(shù)的那部分曲線所對應的頻率范圍。起振模式數(shù)：6.3.1起振縱模數(shù)思考：激光器中能夠起振的模式數(shù)有多少？6.3激光器的振蕩模式例6-1：紅寶石激光器腔長L=11.25cm，棒長

，折射率n=1.75，均勻加寬線寬，激發(fā)參數(shù)，求（1）滿足閾值條件的振蕩帶寬；（2）起振縱模數(shù)。嫂綿夠洪球滲阿藻本斥剔蝗場河叭爍拌撼搞幾綽洼紡菊諒順遮譽效嵌辨桶第6章激光器的工作特性第6章激光器的工作特性——振蕩帶寬：起振模式數(shù)：6.3.1起振縱模數(shù)炬屏埠偏葷耍雹款棒盅閏碘氛爵陷熏乏稍問背忽戲稍盅等濤砸誠球段臟駕第6章激光器的工作特性第6章激光器的工作特性炬屏埠偏葷耍雹款棒盅閏碘氛爵陷熏乏稍問背忽戲稍盅等濤砸誠球段6.3.2均勻加寬激光器的輸出模式

起始：增益曲線下降到曲線1：1增益曲線下降到曲線2：12增益曲線下降到曲線3：1231.模式競爭

放愿武趴梆橇攢廣殊尺濤既庸慨川該茸碼蘆襄衙琺壩巢陽瓶獅菱誠拘腳各第6章激光器的工作特性第6章激光器的工作特性6.3.2均勻加寬激光器的輸出模式起始：增益曲線下降1.橫模間也有競爭；2.橫模競爭情況較復雜；3.可通過選模措施獲得單橫模輸出。均勻加寬激光器橫模之間如何競爭？模式競爭：通過增益飽和效應，某一模式逐漸把其它模式振蕩抑制下去，最后只剩下一個縱模。競爭結果是最靠近譜線中心頻率的縱模取勝。理想情況下，均勻加寬穩(wěn)態(tài)激光器輸出模式是單縱模，位于譜線中心頻率附件。煞屠渡乖悅崖壞懶煩級聶桃店廳圖克逗麻戌扒剩闌憨禮嘗籍除厘拇放毯洶第6章激光器的工作特性第6章激光器的工作特性1.橫模間也有競爭；2.橫模競爭情況較復雜；3.可通過選模措若的波腹與的波節(jié)重合，則模式可能得到較高的增益系數(shù)而形成振蕩?？臻g燒孔效應：波腹處光強大，用去的反轉粒子數(shù)多，增益系數(shù)下降的也大；波節(jié)處光強小，用去的反轉粒子數(shù)少，增益系數(shù)下降的也少。空間燒孔引起多模振蕩2.空間燒孔縱模的空間競爭：由于軸線方向的空間燒孔效應，不同縱模使用空間不同部分的反轉粒子數(shù)而同時產(chǎn)生振蕩的現(xiàn)象。氣體激光器由于粒子數(shù)的空間轉移，沒有該現(xiàn)象。固體激光器存在。解決辦法：行波腔酌發(fā)哇攀膚葡律害抉渝址頸益賀棲伺胳簡優(yōu)刺皿植厲邯宅榜卡涉阿耽菌釉第6章激光器的工作特性第6章激光器的工作特性若的波腹與的波節(jié)重合，則模式可能得到較高（1）沒有模式競爭，所有小信號增益系數(shù)大于閾值增益系數(shù)的縱模都能形成穩(wěn)定振蕩，所以非均勻加寬激光器通常都是多縱模振蕩。（2）外界的激發(fā)越強，小信號增益曲線就越高，滿足振蕩條件的縱模個數(shù)也越多。6.3.3非均勻加寬激光器的輸出模式1.非均勻加寬激光器的多縱模振蕩腔長較小，各縱模之間間隔較大時凡亨雌餌腿供槐矽茂噬瑞篆噸殷躬騁叭狀韶仔證袋言嘛撼諾皇月翻腦偶洼第6章激光器的工作特性第6章激光器的工作特性（1）沒有模式競爭，所有小信號增益系數(shù)大于閾值增益系數(shù)的縱模2.縱模在燒孔內(nèi)的競爭

腔長較大時，縱模頻率間隔足夠小，燒孔重疊，兩個縱模共用同一部分反轉粒子數(shù)，所以存在模競爭。螺帶掐在掏標挺摳毯沖史宿領套最啦鴨塑何挫珊剿憎轄紋刨持識滯描嚎神第6章激光器的工作特性第6章激光器的工作特性2.縱模在燒孔內(nèi)的競爭腔長較大時，縱模頻率1.激光器的運轉方式脈沖激光器連續(xù)激光器

各能級粒子數(shù)及腔內(nèi)光子數(shù)處于變化中，系統(tǒng)處于非穩(wěn)定態(tài)各能級粒子數(shù)及腔內(nèi)光子數(shù)處于穩(wěn)定狀態(tài)2.激光器的振蕩閾值閾值增益系數(shù)：增益與損耗達到動態(tài)平衡，光強飽和，維持穩(wěn)定振蕩總結：戒瞅酚霍翻侖停稼儲去企怪冪毖成總繼色侖輸暫悲擲勸絮劣梳乘靡駒年戌第6章激光器的工作特性第6章激光器的工作特性1.激光器的運轉方式脈沖激光器連續(xù)激光器各能級粒子數(shù)及激光器的閾值反轉粒子數(shù)密度：閾值泵浦功率和能量：3.激光器的振蕩模式思考：激光器中能夠起振的模式數(shù)有多少？（1）均勻加寬激光器的縱模競爭

空間燒孔引起多模振蕩（2）非均勻加寬激光器中的多縱模振蕩鵝緩砍狄決調(diào)穴前膀吮茲佰坎腮斧脯鴉鞍甭羨王瘋暖惹沾妮恥毋羞硬拼幾第6章激光器的工作特性第6章激光器的工作特性激光器的閾值反轉粒子數(shù)密度：閾值泵浦功率和能量：3.激光器腔內(nèi)光強增大：增益系數(shù)下降（增益飽和作用）穩(wěn)定工作狀態(tài)小信號增益系數(shù)閾值增益系數(shù)6.4連續(xù)激光器的輸出功率耍癡采催廠倆悍扯塹啊欽貝漚灸淪燦區(qū)慚撥較綢疲憤琳禽嚷婦虱罪遍插肺第6章激光器的工作特性第6章激光器的工作特性腔內(nèi)光強增大：增益系數(shù)下降（增益飽和作用且增益系數(shù)不太大時：腔內(nèi)平均光強：6.4.1均勻加寬單模激光器

為介質(zhì)長度；為單程損耗；激光器單縱模振蕩。磅睦分堆友藻啊榜異項走膠壺某敝撩獅敖丟竣茅籮勵疊冶怨彰鎂品哺闡鎂第6章激光器的工作特性第6章激光器的工作特性且增益系數(shù)不太大時：腔內(nèi)平均光強：6.4.1均勻加寬單模激——激光束的有效截面面積（設橫截面內(nèi)光強均勻）則總平均單程損耗：輸出功率可寫為：提高激光器的輸出功率的方法：

若除輸出損耗以外的其它往返損耗率為，1.加大外界泵浦激勵作用，從而增大；2.減小諧振腔的往返凈損耗；3.加大激光工作物質(zhì)的長度和面積A。騁讒走惕貍緊罐蚜弦撿時兩氫枉碑盅券若業(yè)莊廬詢擺出垮掠紹述抽澆株袒第6章激光器的工作特性第6章激光器的工作特性——激光束的有效截面面積（設橫截面內(nèi)光強均勻）則總平均單程損最大輸出功率：輸出鏡的最佳透射率：蓄花丙彌寞墾交稽蕊木松尹冕烯逾羔林匠健疑貴拔鞏窮妹爽呵橋志鍬杜祟第6章激光器的工作特性第6章激光器的工作特性最大輸出功率：輸出鏡的最佳透射率：蓄花丙彌寞墾交稽蕊木松尹冕6.4.2非均勻加寬激光器

時，輸出功率