激光器的振荡.ppt

,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,激光器的振荡,（一）均匀加宽激光器中的模竞争,1,增益曲线均匀饱和引起的自选模作用,Q,：如果有多个模式的谐振频率落在均匀加宽增益曲线范围内，且小信号增益系数,g,0,(,),都大于,g,t,，这些模式是否都能维持稳态振荡？,Mode competition,均匀加宽激光器中建立稳态振荡过程中的模竞争,结论：,在均匀加宽激光器中，几个满足阈值条件的纵模在振荡过程中互相竞争，结果总是靠近中心频率,0,的一个纵模得胜，形成稳定振荡，其它纵模都被抑制而熄灭。,理想情况下，均匀加宽稳态激光器的输出应是单纵模的，其频率总是落在谱线中心附近。,(The ideal homogeneously broadened laser can oscillate only at a single frequency.),频率为,的纵模在腔内形成稳定振荡时，腔内形成一个,驻波场,，,波腹处光强最大,，波节处光强最小，使轴向各点的反转集居数密度和增益系数不同，,波腹处增益系数（反转集居数密度）最小,，波节处增益系数（反转集居数密度）最大，这种现象称为,增益的空间烧孔效应,(spatial hole burning),。,2 空间烧孔引起多模振荡,固体工作物质中，激活粒子被束缚在晶格上，借助粒子和晶格的能量交换形成激发态粒子的空间转移，激发态粒子在空间转移半个波长所需的时间远远大于激光形成所需的时间，所以空间烧孔不能消除。,以均匀加宽为主的固体激光器一般为多纵模振荡。,理想情况下，均匀加宽稳态激光器的输出应是单纵模的，其频率总是落在谱线中心附近。,频率为的纵模在腔内形成稳定振荡时，腔内形成一个驻波场，波腹处光强最大，波节处光强最小，使轴向各点的反转集居数密度和增益系数不同，波腹处增益系数（反转集居数密度）最小，波节处增益系数（反转集居数密度）最大，这种现象称为增益的空间烧孔效应(spatial hole burning)。,怎样消除？采用含光隔离器的环形行波腔,（一）均匀加宽激光器中的模竞争,2 空间烧孔引起多模振荡,怎样消除？采用含光隔离器的环形行波腔,频率为的纵模在腔内形成稳定振荡时，腔内形成一个驻波场，波腹处光强最大，波节处光强最小，使轴向各点的反转集居数密度和增益系数不同，波腹处增益系数（反转集居数密度）最小，波节处增益系数（反转集居数密度）最大，这种现象称为增益的空间烧孔效应(spatial hole burning)。,频率为的纵模在腔内形成稳定振荡时，腔内形成一个驻波场，波腹处光强最大，波节处光强最小，使轴向各点的反转集居数密度和增益系数不同，波腹处增益系数（反转集居数密度）最小，波节处增益系数（反转集居数密度）最大，这种现象称为增益的空间烧孔效应(spatial hole burning)。,结论：在均匀加宽激光器中，几个满足阈值条件的纵模在振荡过程中互相竞争，结果总是靠近中心频率0的一个纵模得胜，形成稳定振荡，其它纵模都被抑制而熄灭。,只有q模存在时的反转集居数密度的分布,由于轴向空间烧孔效应，不同纵模可以使用不同空间的激活粒子而同时产生振荡，这一现象称为纵模的空间竞争。,在非均匀加宽激光器中也存在模竞争现象。,由于某一纵模光强的增加，并不会使整个增益曲线均匀下降，而只是在增益曲线上造成对称的两个烧孔，只要纵模间隔足够大，各纵模基本上互不关心，所有小信号增益系数大于gt的纵模都能稳定振荡。,2 空间烧孔引起多模振荡,当q=0时，q-1及q+1模形成的两个烧孔重合，它们共用同一种表观中心频率的激活粒子，存在模竞争，输出功率有无规起伏。,q,模腔内光强分布,只有,q模存在时的反转集居数密度的分布,q,模腔内光强分布图,由于轴向空间烧孔效应，不同纵模可以使用不同空间的激活粒子而同时产生振荡，这一现象称为,纵模的空间竞争,。,如果激活粒子的空间转移很迅速，空间烧孔便无法形成。,气体工作物质中，粒子作无规则热运动，迅速的热运动消除了空间烧孔，,以均匀加宽为主的高气压激光器可获得单纵模振荡,。,固体工作物质中，激活粒子被束缚在晶格上，借助粒子和晶格的能量交换形成激发态粒子的空间转移，激发态粒子在空间转移半个波长所需的时间远远大于激光形成所需的时间，所以空间烧孔不能消除。,以均匀加宽为主的固体激光器一般为多,纵模振荡,。,怎样消除？采用,含光隔离器的环形行波腔,由于横截面上光场分布的不均匀性，存在横向的空间烧孔。不同横模的光场分布不同，它们分别使用不同空间的激活粒子，当光强足够强时，可形成多横模振荡。,以均匀加宽为主的固体激光器一般为多纵模振荡。,固体工作物质中，激活粒子被束缚在晶格上，借助粒子和晶格的能量交换形成激发态粒子的空间转移，激发态粒子在空间转移半个波长所需的时间远远大于激光形成所需的时间，所以空间烧孔不能消除。,结论：在均匀加宽激光器中，几个满足阈值条件的纵模在振荡过程中互相竞争，结果总是靠近中心频率0的一个纵模得胜，形成稳定振荡，其它纵模都被抑制而熄灭。,2 空间烧孔引起多模振荡,由于某一纵模光强的增加，并不会使整个增益曲线均匀下降，而只是在增益曲线上造成对称的两个烧孔，只要纵模间隔足够大，各纵模基本上互不关心，所有小信号增益系数大于gt的纵模都能稳定振荡。,频率为的纵模在腔内形成稳定振荡时，腔内形成一个驻波场，波腹处光强最大，波节处光强最小，使轴向各点的反转集居数密度和增益系数不同，波腹处增益系数（反转集居数密度）最小，波节处增益系数（反转集居数密度）最大，这种现象称为增益的空间烧孔效应(spatial hole burning)。,以均匀加宽为主的固体激光器一般为多纵模振荡。,固体工作物质中，激活粒子被束缚在晶格上，借助粒子和晶格的能量交换形成激发态粒子的空间转移，激发态粒子在空间转移半个波长所需的时间远远大于激光形成所需的时间，所以空间烧孔不能消除。,当相邻纵模所形成的烧孔重叠时，相邻纵模因共用一部分激活粒子而相互竞争。,(The ideal homogeneously broadened laser can oscillate only at a single frequency.,结论：在均匀加宽激光器中，几个满足阈值条件的纵模在振荡过程中互相竞争，结果总是靠近中心频率0的一个纵模得胜，形成稳定振荡，其它纵模都被抑制而熄灭。,固体工作物质中，激活粒子被束缚在晶格上，借助粒子和晶格的能量交换形成激发态粒子的空间转移，激发态粒子在空间转移半个波长所需的时间远远大于激光形成所需的时间，所以空间烧孔不能消除。,（二）非均匀加宽激光器的多纵模振荡,由于某一纵模光强的增加，并不会使整个增益曲线均匀下降，而只是在增益曲线上造成对称的两个烧孔，只要纵模间隔足够大，各纵模基本上互不关心，所有小信号增益系数大于,g,t,的纵模都能稳定振荡。,在非均匀加宽激光器中也存在模竞争现象。,当,q,=,0,时，,q-1,及,q+1,模形成的两个烧孔重合，它们共用同一种表观中心频率的激活粒子，存在模竞争，输出功率有无规起伏。,当相邻纵模所形成的烧孔重叠时，相邻纵模因共用一部分激活粒子而相互竞争。,什么情况下烧孔重叠？,q,=?，=?,均匀加宽激光器,1、,增益曲线均匀饱和引起模式竞争，导致,理想情况下，输出应是单纵模的,2、增益的,空间烧孔引起,纵模的空间竞争导致,多模振荡（气体、固体？）,小结：,非均匀加宽激光器,一般多纵模振荡，也存在模式竞争（烧孔重叠 ）,end,谢谢观看,谢谢观看,