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激光器的輸出特性激光器的輸出功率

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激光器的輸出特性激光器的輸出功率

,上一頁,回首頁,下一頁,回末頁,回目錄,第三章 激光器的輸出特性,3.5激光器的輸出功率,1.腔內(nèi)最小的光強I,+,(0),2.腔內(nèi)最大光強I,-,(2L)=r,2,I,+,(0)exp2L(G-a,內(nèi),),3.輸出光強:I,out,=,t,1,I,-,(2L)=,t,1,r,2,I,+,(0)exp2L(G-a,內(nèi),),鏡面損耗:I,h,=,a,1,I,-,(2L)=,a,1,r,2,I,+,(0)exp2L(G-a,內(nèi),),剩余部分:I,+,(0)=,a,1,I,-,(2L)=,a,1,r,2,I,+,(0)exp2L(G-a,內(nèi),),圖(1)腔內(nèi)光強,3.5.1 均勻增寬型介質(zhì)激光器的輸出功率,5.對于腔內(nèi)任何一處z都有兩束傳播方向相反的行波I,+,(z)和I,-,(2L-z)引起粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布值發(fā)生飽和,增益系數(shù)也隨之發(fā)生飽和。如果近似用平均光強2I=I,+,(z)+I,-,(2L-z),用,作為腔內(nèi)的平均增益系數(shù),則腔內(nèi)的平均行波光強為:,圖(4.1.1)腔內(nèi)光強,1.理想的情況 ,將全反射鏡M,2,上的鏡面損耗都折合到M,1,上,這樣對M,2,有:,二、激光器的輸出功率,對M,1,有:,激光器的總損耗為:,如果 很小,將 用級數(shù)展開取一級近似,可得:,則激光器內(nèi)行波的平均光強I可以化為:,激光器輸出光強也可以表示為:,若激光器的平均截面為A,則其輸出功率為:,三、輸出功率與諸參量之間的關(guān)系討論,1.P與Is的關(guān)系:兩者成正比,2.P與A的關(guān)系:A越大,P越大;而高階橫模的光束截面要比基橫的大,3.P與,t,1,的關(guān)系:實際中總是希望輸出功率大鏡面損耗小,即希望:,這要求,t,1,大,,a,1,小,使,t,1,a,1,,但,1),t,1,過大又使增益系數(shù)的閾值G,閾,升高,而如果介質(zhì)的雙程增益系數(shù)2LG,0,不夠大將會導(dǎo)致腔內(nèi)光強減小,使輸出功率降低。嚴(yán)重時使腔內(nèi)不能形成激光。,2),t,1,過小,雖然使G,閾,降低光強增強,但鏡面損耗a,1,I,-,(2L)也將增大。,解此方程得:,為了使激光器有最大的輸出功率,必須使部分反射鏡的透射率取最佳值:,此時,激光器得輸出功率為:,一、穩(wěn)定出光時激光器內(nèi)諸參數(shù)的表達式,1.腔內(nèi)最大光強,2.輸出光強:,3.鏡面損耗:,4.最小光強:,光波在腔內(nèi)傳播情況如圖所示:,3.5.2 非均勻增寬型介質(zhì)激光器的輸出功率,即頻率為 的光波,和 兩束光在增益系數(shù)的曲線上 的兩側(cè)對稱的“燒”了兩個孔。如圖所示。,這就是非均勻增寬型介質(zhì)對非中心頻率光波的增益系數(shù)的表達式;,5.非均勻增寬型介質(zhì)的增益系數(shù)隨頻率 而變,1)光波的頻率 不在非均勻增寬介質(zhì)的中心頻率處,光波在腔內(nèi)傳播時將有兩部分粒子 和 粒子對它的放大作出貢獻。,腔內(nèi)不同地點的光強不同,取I作為平均光強,當(dāng)增益不太大時I=I,+,=I,-,,則介質(zhì)對 光波的平均增益系數(shù)為:,2)光波的頻率為線型函數(shù)的中心頻率 ,它只能使介質(zhì)中速度為 的這部分粒子數(shù)密度反轉(zhuǎn)分布值飽和。此時腔內(nèi)的光強為I,+,+I,-,,故介質(zhì)對 的增益系數(shù)為:,若用平均光強2I來代替 ,則光波在腔中的平均增益系數(shù)可表示為:,若腔內(nèi)各頻率的光強都等于Is,則 以及 附近的 光波所獲得的增益系數(shù)分別為:,若增益系數(shù)的閾值都相等,則 和 附近頻率為 光波的平均光強分別為下值,且前者比后者要弱:,二、激光器的輸出功率,(一)單頻激光器的輸出功率,此時腔內(nèi)的平均光強為:,2.若腔內(nèi)單縱模的頻率為 ,激光器的腔內(nèi)平均光強為:,激光器的輸出光強為:,若 光束的截面為A,則激光器的輸出功率為:,1.若腔內(nèi)只允許一個諧振頻率,且 ,激光器在理想的情況下,仍有:,激光器輸出光強為:,若 光束的截面為A,激光器的輸出功率為:,上圖為 輸出功率曲線,其在中心頻率處出現(xiàn)一個凹陷,稱為“蘭姆凹陷”,雖然介質(zhì)在中心頻率處的小訊號增益系數(shù)比其他任何頻率的小訊號增益系數(shù)大,但是由于在中心頻率處輸出功率的表達式中出現(xiàn)系數(shù)1/2,所以激光器對,0,光波的輸出功率要比它對,0,附近各頻率光波的輸出功率還要低。,如果我們使單縱模輸出的激光器的諧振頻率由小到大變化,則 如圖所示,蘭姆凹陷的中心頻率為 ,寬度大致為均勻增寬的線寬 ,當(dāng)激光管內(nèi)氣體壓力加大時,碰撞增寬使 增大,這將使蘭姆凹陷變寬、變淺,甚至?xí)怪?。圖(4.2.4)畫的是不同氣壓下輸出功率隨頻率變化的曲線,圖中P,3,P,2,P,1,(二)多頻激光器的輸出功率,輸出功率為:,1.若腔內(nèi)只允許多個諧振頻率,如果相鄰兩個縱模的頻率間隔大于燒孔的寬度,并且各頻率的燒孔都是彼此獨立的,則每個縱模的諸參數(shù)與其它縱模不存在時一樣,有平均光強為:,多頻激光器的輸出功率為:,縱模 在腔內(nèi)的平均光強為:,2.若腔內(nèi)多縱模的頻率 對稱的分布在 的兩側(cè),也即有一個縱模頻率 ,必有另一個縱模頻率 ,則在理想情況下有縱模 的增益系數(shù)為:,縱模 的輸出功率為:,該多模激光器的輸出功率為:,

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