激光器的振荡模式讲解.pptx

二二 激光器的振荡模式激光器的振荡模式In this section we contemplate the effect of homogenous or inhomogenous broadening on the laser oscillation.均匀加宽激光器中的模竞争均匀加宽激光器中的模竞争非均匀加宽激光器的多纵模振荡非均匀加宽激光器的多纵模振荡（一）均匀加宽激光器中的模竞争（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g0()都大于gt，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是靠近中心频率 0的一个纵模得胜，形成稳的一个纵模得胜，形成稳定振荡，其它纵模都被抑制而熄灭。定振荡，其它纵模都被抑制而熄灭。理想情理想情况下，均匀加宽稳态激光器的输出应是单纵况下，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。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驻波场，波腹处光强最大波腹处光强最大，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（反转集波腹处增益系数（反转集居数密度）最小居数密度）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增益的空间烧孔效应烧孔效应(spatial hole burning)。2 空间烧孔引起多模振荡空间烧孔引起多模振荡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，这一不同空间的激活粒子而同时产生振荡，这一现象称为现象称为纵模的空间竞争纵模的空间竞争。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，速的热运动消除了空间烧孔，以均匀加宽为以均匀加宽为主的高气压激光器可获得单纵模振荡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。以均匀加宽为主的以均匀加宽为主的固体激光器一般为多固体激光器一般为多纵模振荡纵模振荡。怎样消除？采用含光隔离器的环形行波腔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，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。足够强时，可形成多横模振荡。（二）非均匀加宽激光器的多纵模振荡（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，所有小信号大，各纵模基本上互不关心，所有小信号增益系数大于增益系数大于gt的纵模都能稳定振荡。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，当相邻纵模所形成的烧孔重叠时，相邻纵模相邻纵模因共用一部分激活粒子而相互竞争。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=?，=?均匀加宽激光器均匀加宽激光器1、增益曲线均匀饱和引起模式竞争，导致增益曲线均匀饱和引起模式竞争，导致 理想情况下，输出应是单纵模的理想情况下，输出应是单纵模的2、增益的、增益的空间烧孔引起空间烧孔引起纵模的空间竞争导致纵模的空间竞争导致多模振荡（气体、固体？）多模振荡（气体、固体？）小结：非均匀加宽激光器非均匀加宽激光器一般多纵模振荡，也存在一般多纵模振荡，也存在模式竞争（烧孔重叠模式竞争（烧孔重叠 ）end