演示文稿增益飽和

演示文稿增益飽和目前一頁(yè)\總數(shù)二十一頁(yè)\編于一點(diǎn)（優(yōu)選）增益飽和目前二頁(yè)\總數(shù)二十一頁(yè)\編于一點(diǎn)19.1均勻加寬工作物質(zhì)的粒子反轉(zhuǎn)數(shù)飽和1、增益飽和現(xiàn)象及其物理機(jī)制增益飽和現(xiàn)象當(dāng)入射光強(qiáng)Iν足夠小時(shí)，G為常數(shù)；當(dāng)入射光強(qiáng)Iν增大到一定的程度后，G將會(huì)隨著Iν的增加而下降，這種過(guò)程稱為增益飽和現(xiàn)象；產(chǎn)生增益飽和現(xiàn)象的物理機(jī)制：受激輻射幾率與入射光強(qiáng)成正比，Iν足夠大時(shí)，Δn下降的很快，因此G會(huì)隨著Iν的增加而下降。目前三頁(yè)\總數(shù)二十一頁(yè)\編于一點(diǎn)19.1均勻加寬工作物質(zhì)的粒子反轉(zhuǎn)數(shù)飽和2、均勻加寬下的Δn的飽和只要入射光的頻率落在譜線線寬以內(nèi)，就會(huì)產(chǎn)生受激吸收和受激輻射；如果Iν足夠強(qiáng)，受激輻射對(duì)原子系統(tǒng)的各能級(jí)上的粒子數(shù)目的影響就必須考慮。當(dāng)我們考慮四能級(jí)系統(tǒng)：

且

為什么？目前四頁(yè)\總數(shù)二十一頁(yè)\編于一點(diǎn)19.1均勻加寬工作物質(zhì)的粒子反轉(zhuǎn)數(shù)飽和將線型函數(shù)gH(ν,ν0)引入可得到：其中A、當(dāng)Iν一定時(shí)，Δn<Δn0，這種現(xiàn)象稱為反轉(zhuǎn)粒子數(shù)飽和；目前五頁(yè)\總數(shù)二十一頁(yè)\編于一點(diǎn)19.1均勻加寬工作物質(zhì)的粒子反轉(zhuǎn)數(shù)飽和B、Δn與Δn0有關(guān)，還與入射光的頻率有關(guān)，不同頻率的入射光對(duì)反轉(zhuǎn)粒子數(shù)的影響是不同的；C、當(dāng)ν=ν0時(shí)，表明強(qiáng)度為的入射光會(huì)使Δn減小到小信號(hào)Δn0時(shí)的倍，當(dāng)時(shí)，Δn=Δn0/2。目前六頁(yè)\總數(shù)二十一頁(yè)\編于一點(diǎn)19.1均勻加寬工作物質(zhì)的粒子反轉(zhuǎn)數(shù)飽和D、當(dāng)入射光頻率偏離中心頻率時(shí)，飽和作用較時(shí)弱，如果且，則，其飽和作用比中心頻率處減小一半，可見(jiàn)偏離中心頻率越遠(yuǎn)飽和作用越弱。通常認(rèn)為在 范圍內(nèi)，飽和作用明顯。目前七頁(yè)\總數(shù)二十一頁(yè)\編于一點(diǎn)19.1均勻加寬工作物質(zhì)的粒子反轉(zhuǎn)數(shù)飽和E、飽和光強(qiáng)IS飽和光強(qiáng)是一個(gè)描述增益飽和程度的參量，它有著光強(qiáng)的量綱（是什么？）；當(dāng)入射光光強(qiáng)Iν可以與IS相比擬時(shí)，受激輻射造成的上能級(jí)粒子數(shù)衰減率就可以與其他馳豫過(guò)程造成的衰減率相比擬；當(dāng)入射光強(qiáng)Iν遠(yuǎn)小于IS時(shí)，上能級(jí)粒子衰減率與光強(qiáng)無(wú)關(guān)；目前八頁(yè)\總數(shù)二十一頁(yè)\編于一點(diǎn)19.2均勻加寬工作物質(zhì)的增益飽和均勻加寬大信號(hào)增益系數(shù)設(shè)光強(qiáng)為Iν的準(zhǔn)單色光入射，且均勻加寬的大信號(hào)增益系數(shù)為GH(ν,Iν)，則：將線型函數(shù)以及小信號(hào)增益系數(shù)表達(dá)式帶入可得：在Iν<<IS時(shí)，即小信號(hào)情況下，增益系數(shù)與光強(qiáng)無(wú)關(guān)，小信號(hào)增益系數(shù)為：其中：目前九頁(yè)\總數(shù)二十一頁(yè)\編于一點(diǎn)19.2均勻加寬工作物質(zhì)的增益飽和當(dāng)Iν可以與IS比擬時(shí)，GH(ν,Iν)的值將隨著Iν的增加而減少，這種現(xiàn)象就是增益飽和現(xiàn)象；當(dāng)ν=ν0時(shí)：當(dāng)Iν0=IS時(shí)：上式可得到結(jié)論，大信號(hào)增益系數(shù)為小信號(hào)增益系數(shù)的一半；ν偏離中心頻率越遠(yuǎn)，飽和效應(yīng)就越弱；目前十頁(yè)\總數(shù)二十一頁(yè)\編于一點(diǎn)19.2均勻加寬工作物質(zhì)的增益飽和當(dāng)一束強(qiáng)光Iν1入射的同時(shí)，一束頻率為Iν的弱光入射到工作物質(zhì)中，其增益系數(shù)會(huì)如何變化？當(dāng)強(qiáng)光Iν1入射時(shí)，會(huì)引起Δn的下降，這種下降是在整個(gè)原子發(fā)光譜線范圍內(nèi)的下降，即對(duì)應(yīng)弱光頻率ν的那部分反轉(zhuǎn)粒子數(shù)也同時(shí)下降了，弱光入射時(shí)對(duì)應(yīng)的反轉(zhuǎn)粒子數(shù)不再是Δn0，而是Δn：所以弱光的增益系數(shù)為：目前十一頁(yè)\總數(shù)二十一頁(yè)\編于一點(diǎn)19.2均勻加寬工作物質(zhì)的增益飽和如果ν1=ν0，Iν1=IS，則；每個(gè)粒子都對(duì)GH(ν)有貢獻(xiàn)，當(dāng)Iν1的受激輻射消耗了激發(fā)態(tài)的粒子時(shí)，Δn也就減少了對(duì)其它頻率信號(hào)的增益起作用的粒子；整個(gè)增益曲線以同等的份額均勻下降；均勻加寬激光器中，當(dāng)一個(gè)模開(kāi)始振蕩后，就會(huì)使其它模的增益降低，從而阻止其它模的振蕩，即產(chǎn)生了模式競(jìng)爭(zhēng)；目前十二頁(yè)\總數(shù)二十一頁(yè)\編于一點(diǎn)19.3非均勻加寬工作物質(zhì)的反轉(zhuǎn)粒子數(shù)飽和由非均勻加寬工作物質(zhì)的特性可知，每一種特定類型的粒子只能和某一特定頻率的光場(chǎng)相互作用。因此Δn按照ν有意分布，與均勻加寬類似，小信號(hào)時(shí)，其分布函數(shù)為gi(ν,ν0);在ν→ν+dν范圍內(nèi)，其中Δn0為中心頻率ν0處的反轉(zhuǎn)粒子數(shù)。頻率為νA的準(zhǔn)單色光只能造成頻率νA對(duì)應(yīng)的那部分粒子的飽和；均勻加寬是不可避免的，實(shí)際上與頻率νA相應(yīng)的粒子發(fā)射譜線將是以νA為中心頻率，寬度為ΔνH的均勻加寬譜線。目前十三頁(yè)\總數(shù)二十一頁(yè)\編于一點(diǎn)19.3非均勻加寬工作物質(zhì)的反轉(zhuǎn)粒子數(shù)飽和這一部分粒子的飽和行為可以用均勻加寬情況下得出的公式描述：如果入射光頻率為νA，則對(duì)中心頻率為νA的粒子，相當(dāng)于均勻加寬情況下的入射光頻率等于中心頻率，當(dāng)光強(qiáng)足夠強(qiáng)時(shí)有：對(duì)于中心頻率為νB的粒子，由于νA偏離νB引起的飽和效應(yīng)較小，對(duì)應(yīng)B1點(diǎn)；對(duì)于中心頻率為νC的粒子，由于此時(shí)飽和效應(yīng)可以忽略，即：目前十四頁(yè)\總數(shù)二十一頁(yè)\編于一點(diǎn)19.3非均勻加寬工作物質(zhì)的反轉(zhuǎn)粒子數(shù)飽和νA的光IνA入射，將使中心頻率為范圍內(nèi)的粒子有飽和作用；由于飽和作用，在Δn(ν)上將形成一個(gè)以νA為中心的凹陷，稱為“燒孔”，其深度為： 其寬度為：孔的面積： 四能級(jí)系統(tǒng)中受激輻射產(chǎn)生的光子數(shù)正比于燒孔面積δS，即受激輻射功率正比于燒孔面積，這一結(jié)論來(lái)源于半經(jīng)典理論。目前十五頁(yè)\總數(shù)二十一頁(yè)\編于一點(diǎn)19.4非均勻加寬工作物質(zhì)的增益飽和1、非均勻加寬大信號(hào)增益考慮非均勻加寬，需要將反轉(zhuǎn)粒子數(shù)Δn按中心頻率分類，在ν0’-ν0’+dν0’范圍內(nèi)的反轉(zhuǎn)粒子數(shù)為這一部分粒子將會(huì)發(fā)射出中心頻率為ν0’，寬度為ΔνH的均勻加寬譜線，Δn0為中心頻率ν0處的小信號(hào)反轉(zhuǎn)粒子數(shù)；當(dāng)頻率為ν光強(qiáng)為Iν的單色強(qiáng)光入射時(shí)有：目前十六頁(yè)\總數(shù)二十一頁(yè)\編于一點(diǎn)19.4非均勻加寬工作物質(zhì)的增益飽和某一頻率ν，強(qiáng)度為Iν的光的增益，應(yīng)該是各種中心頻率的全部粒子對(duì)增益的貢獻(xiàn)的總和：由于在內(nèi)，被積函數(shù)才有顯著值，而在時(shí)，被積函數(shù)趨于零，因此可將積分區(qū)域改為；由于在非均勻加寬下，，可以將gD(ν,ν0)視為常數(shù)，提出積分號(hào)外，故：目前十七頁(yè)\總數(shù)二十一頁(yè)\編于一點(diǎn)19.4非均勻加寬工作物質(zhì)的增益飽和當(dāng)時(shí)，得出小信號(hào)增益系數(shù)：當(dāng)時(shí)，得到：與均勻加寬相比，同樣的條件()下，非均勻加寬的飽和作用較弱：非均勻加寬飽和效應(yīng)的強(qiáng)弱與頻率無(wú)關(guān)，無(wú)論ν為何值，都下降為，而均勻加寬下降為：目前十八頁(yè)\總數(shù)二十一頁(yè)\編于一點(diǎn)19.4非均勻加寬工作物質(zhì)的增益飽和2、燒孔效應(yīng)非均勻加寬工作物質(zhì)，對(duì)IνA的νA準(zhǔn)單色光，會(huì)引起在頻率范圍內(nèi)引起反轉(zhuǎn)粒子數(shù)的減少，從而在反轉(zhuǎn)粒子數(shù)曲線上形成一個(gè)凹陷；由于增益正比于反轉(zhuǎn)粒子數(shù)，因此在Gi(ν,IνA)曲線上，由于強(qiáng)光作用會(huì)造成在頻率范圍內(nèi)產(chǎn)生增益飽，從而使Gi(ν,IνA)下降，稱之為增益曲線的燒孔。目前十九頁(yè)\總數(shù)二十一頁(yè)\編于一點(diǎn)19.4非均勻加寬工作物質(zhì)的增益飽和非均勻加寬激光器中，只要各縱模的間隔足夠大，各縱模的相互影響就很弱；只要連續(xù)改變?chǔ)虯

，可以形成一系列燒孔，將各孔的底部光滑地連接在一起，形成的就是大信號(hào)本身的增益曲線；以上討論的情況是針對(duì)放大器或者非多普勒加寬的非均勻加寬激光