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1、南理工紫金学院南理工紫金学院光电子技术光电子技术三 激光产生条件三 激光产生条件1 粒子数反转粒子数反转2 减少振荡模式减少振荡模式3 起振和稳定振荡起振和稳定振荡南理工紫金学院南理工紫金学院光电子技术光电子技术1 粒子数反转分布1 粒子数反转分布激发态的粒子数远远多于基态粒子数或高能级粒子数远远多于低能级粒子数,这种状态为粒子数反转分布或布局数反转分布。激发态的粒子数远远多于基态粒子数或高能级粒子数远远多于低能级粒子数,这种状态为粒子数反转分布或布局数反转分布。ToEiEnni南理工紫金学院南理工紫金学院光电子技术光电子技术在物质能级中存在亚稳态能级。在物质能级中存在亚稳态能级。对物质的要求
2、对物质的要求需要外界激励需要外界激励泵浦源泵浦源对外界的要求对外界的要求南理工紫金学院南理工紫金学院光电子技术光电子技术2 减少振荡模式2 减少振荡模式光方向不一致光方向不一致光强度不够高光强度不够高南理工紫金学院南理工紫金学院光电子技术光电子技术解决方法解决方法全全 反反 射射 镜镜半半 反反 射射 镜镜光学谐振腔：使光只能沿着轴线方向往 返运动光学谐振腔：使光只能沿着轴线方向往 返运动南理工紫金学院南理工紫金学院光电子技术光电子技术光学谐振腔： 筛选光频率，只有满足干 涉相长条件频率的光能在腔内往返运动光学谐振腔：增加光强度，实现光放大光学谐振腔： 筛选光频率，只有满足干 涉相长条件频率的
3、光能在腔内往返运动光学谐振腔：增加光强度，实现光放大out 光放大原理光放大原理南理工紫金学院南理工紫金学院光电子技术光电子技术由于存在损耗，光在谐振腔中往返一次产生的增益大于所有损耗时，才能产生振荡，从而产生激光，将这个起振条件叫做阈值条件。由于存在损耗，光在谐振腔中往返一次产生的增益大于所有损耗时，才能产生振荡，从而产生激光，将这个起振条件叫做阈值条件。2 起振条件起振条件阈值条件阈值条件南理工紫金学院南理工紫金学院光电子技术光电子技术光在谐振腔内受到各种光在谐振腔内受到各种光在谐振腔内受到各种光在谐振腔内受到各种 损耗损耗损耗损耗: : : : (1) (1) (1) (1) 反射镜的透
4、射损耗反射镜的透射损耗反射镜的透射损耗反射镜的透射损耗 (2) (2) (2) (2) 谐振腔的内部损耗谐振腔的内部损耗谐振腔的内部损耗谐振腔的内部损耗I3I1I0rr12)L a2(GerrII=2104内内I4I2光在腔内往返一次光在腔内往返一次光在腔内往返一次光在腔内往返一次 不会被衰减的条不会被衰减的条不会被衰减的条不会被衰减的条 件，件，件，件，即即即即形成激光振形成激光振形成激光振形成激光振 荡的阈值条件：荡的阈值条件：荡的阈值条件：荡的阈值条件：12 21 04=)L a(GerrII 内内)1ln()21 (21rrL+= aG阈内阈内南理工紫金学院南理工紫金学院光电子技术光电
5、子技术稳定振荡条件稳定振荡条件增益饱和效应增益饱和效应当入射光强度足够弱时，增益系数与光强无关，是一个常量，而当入射光强增加到一定程度时，增益系数将随光强的增大而减小，这种增益系数随光强的增大而减小的现象称为增益饱和效应，它是激光器建立稳定振荡过程的稳定振荡条件。当入射光强度足够弱时，增益系数与光强无关，是一个常量，而当入射光强增加到一定程度时，增益系数将随光强的增大而减小，这种增益系数随光强的增大而减小的现象称为增益饱和效应，它是激光器建立稳定振荡过程的稳定振荡条件。南理工紫金学院南理工紫金学院光电子技术光电子技术 小结小结激光形成的条件激光形成的条件1 合适的工作物质 能实现粒子数反转 具
6、有合适的能级结构（亚稳态能级）合适的工作物质 能实现粒子数反转 具有合适的能级结构（亚稳态能级）2 具有外界泵浦（外界激励）具有外界泵浦（外界激励）3 需要激光谐振腔需要激光谐振腔南理工紫金学院南理工紫金学院光电子技术光电子技术4 起振条件起振条件阈值条件阈值条件GG05 稳定振荡条件稳定振荡条件增益饱和效应增益饱和效应南理工紫金学院南理工紫金学院光电子技术光电子技术四激光器的基本结构及输出四激光器的基本结构及输出谐振腔谐振腔工作物质工作物质工作物质工作物质激励系统激励系统激励系统激励系统南理工紫金学院南理工紫金学院光电子技术光电子技术1 工作物质1 工作物质能在两个能级之间产生粒子数反转的物
7、质能在两个能级之间产生粒子数反转的物质具有合适的能级结构：高能级粒子不稳定，寿命短，而亚稳态能级粒子寿命长。具有合适的能级结构：高能级粒子不稳定，寿命短，而亚稳态能级粒子寿命长。按工作物质分为固体、气体、半导体、染料激 光器，可以产生从紫外到远红外波段的激光。按工作物质分为固体、气体、半导体、染料激 光器，可以产生从紫外到远红外波段的激光。南理工紫金学院南理工紫金学院光电子技术光电子技术工作物质的能级结构工作物质的能级结构1）二能级系统的物质不能充当工作物质。1）二能级系统的物质不能充当工作物质。南理工紫金学院南理工紫金学院光电子技术光电子技术2）三能级系统2）三能级系统南理工紫金学院南理工紫
8、金学院光电子技术光电子技术三能级系统三能级系统三能级系统三能级系统当当当当泵浦光足够强时，有泵浦光足够强时，有泵浦光足够强时，有泵浦光足够强时，有可能使可能使可能使可能使, , , ,在能在能在能在能级级级级E E E E3 3 3 3于于于于E E E E2 2 2 2间实现粒子间实现粒子间实现粒子间实现粒子数反转。数反转。数反转。数反转。13NNE3E12EN21N3NE0NE3E12EN21N3NE0N亚稳态能级亚稳态能级南理工紫金学院南理工紫金学院光电子技术光电子技术在在在在E E E E2 2 2 2 和和和和E E E E1 1 1 1 能级能级能级能级 间也有可能实现间也有可能实
9、现间也有可能实现间也有可能实现 粒子数反转。粒子数反转。粒子数反转。粒子数反转。亚稳态能级亚稳态能级NEE3E12EN21N3N0E3E12EN21N3NE0N南理工紫金学院南理工紫金学院光电子技术光电子技术3）四能级系统3）四能级系统南理工紫金学院南理工紫金学院光电子技术光电子技术泵浦源泵浦源电激励电激励电激励电激励化学激励化学激励化学激励化学激励热激励热激励热激励热激励光激励光激励光激励光激励(A)(A) 激励激励激励激励( ( ( (又称泵浦又称泵浦又称泵浦又称泵浦) ) ) )南理工紫金学院南理工紫金学院光电子技术光电子技术光学谐振腔光学谐振腔开腔开腔1）定义：一对反射镜为端面的腔体，
10、两镜互相 平行，分为部分和全反射两块。1）定义：一对反射镜为端面的腔体，两镜互相 平行，分为部分和全反射两块。2）作用：使激光具有很好的方向性（轴方向）正反馈作用，增强光放大。选频作用，使激光具有单色性。2）作用：使激光具有很好的方向性（轴方向）正反馈作用，增强光放大。选频作用，使激光具有单色性。南理工紫金学院南理工紫金学院光电子技术光电子技术激光在两反射镜间形成激光在两反射镜间形成激光在两反射镜间形成激光在两反射镜间形成驻波驻波驻波驻波。谐振条件为：谐振条件为：谐振条件为：谐振条件为：2nL = 2nL = q q = q= q( ( ( (c c 2 2nLnL) ) ) )L L: : 腔长腔长腔长腔长n n: : 气体折射率气体折射率气体折射率气体折射率
