韓定安-18第四章-2 空間燒孔引起模式競(jìng)爭(zhēng)

1、5.2 激光器的振蕩模式（一）均勻加寬激光器中的模競(jìng)爭(zhēng)1 增益曲線(xiàn)均勻飽和引起的自選模作用增益曲線(xiàn)均勻飽和引起的自選模作用Q：如果有多個(gè)模式的諧振頻率落在均勻加寬增益曲線(xiàn)范圍內(nèi)，且小信號(hào)增益系數(shù)g0()都大于gt，這些模式是否都能維持穩(wěn)態(tài)振蕩？均勻加寬激光器中建立穩(wěn)態(tài)振蕩過(guò)程中的模競(jìng)爭(zhēng) 0 0)(GHGt 0 0)(GHGt 0 0)(GHGt 0 0)(GHGt 0 0)(GHGt 0 0)(GHGt 0 0)(GHGt 0 0)(GHGt 0 0)(GHGt 結(jié)論：在均勻加寬激光器中，幾個(gè)滿(mǎn)足閾值在均勻加寬激光器中，幾個(gè)滿(mǎn)足閾值條件的縱模在振蕩過(guò)程中互相競(jìng)爭(zhēng)，結(jié)果總條件的縱模在振蕩過(guò)程中互

2、相競(jìng)爭(zhēng)，結(jié)果總是靠近中心頻率是靠近中心頻率 0的一個(gè)縱模得勝，形成穩(wěn)的一個(gè)縱模得勝，形成穩(wěn)定振蕩，其它縱模都被抑制而熄滅。定振蕩，其它縱模都被抑制而熄滅。理想情理想情況下，均勻加寬穩(wěn)態(tài)激光器的輸出應(yīng)是單縱況下，均勻加寬穩(wěn)態(tài)激光器的輸出應(yīng)是單縱模的，其頻率總是落在譜線(xiàn)中心附近。模的，其頻率總是落在譜線(xiàn)中心附近。 頻率為的縱模在腔內(nèi)形成穩(wěn)定振蕩時(shí)，腔內(nèi)形成一個(gè)駐波場(chǎng)駐波場(chǎng)，波腹處光強(qiáng)最大波腹處光強(qiáng)最大，波節(jié)處光強(qiáng)最小，使軸向各點(diǎn)的反轉(zhuǎn)集居數(shù)密度和增益系數(shù)不同，波腹處增益系數(shù)（反轉(zhuǎn)集波腹處增益系數(shù)（反轉(zhuǎn)集居數(shù)密度）最小居數(shù)密度）最小，波節(jié)處增益系數(shù)（反轉(zhuǎn)集居數(shù)密度）最大，這種現(xiàn)象稱(chēng)為增益的空間增益的

3、空間燒孔效應(yīng)燒孔效應(yīng) (spatial hole burning)。2 空間燒孔引起多模振蕩空間燒孔引起多模振蕩q模腔內(nèi)光強(qiáng)分布只有q模存在時(shí)的反轉(zhuǎn)集居數(shù)密度的分布q模腔內(nèi)光強(qiáng)分布圖 由于軸向空間燒孔效應(yīng)，不同縱模可以使用由于軸向空間燒孔效應(yīng)，不同縱?？梢允褂貌煌臻g的激活粒子而同時(shí)產(chǎn)生振蕩，這一不同空間的激活粒子而同時(shí)產(chǎn)生振蕩，這一現(xiàn)象稱(chēng)為現(xiàn)象稱(chēng)為縱模的空間競(jìng)爭(zhēng)縱模的空間競(jìng)爭(zhēng)。 如果激活粒子的空間轉(zhuǎn)移很迅速，空間燒孔便無(wú)法形成。 氣體工作物質(zhì)中，粒子作無(wú)規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)，迅氣體工作物質(zhì)中，粒子作無(wú)規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)，迅速的熱運(yùn)動(dòng)消除了空間燒孔，速的熱運(yùn)動(dòng)消除了空間燒孔，以均勻加寬為以均勻加寬為主的高氣壓激

4、光器可獲得單縱模振蕩主的高氣壓激光器可獲得單縱模振蕩。 固體工作物質(zhì)中，激活粒子被束縛在晶格上，借助粒子和晶格的能量交換形成激發(fā)態(tài)粒子的空間轉(zhuǎn)移，激發(fā)態(tài)粒子在空間轉(zhuǎn)移半個(gè)波長(zhǎng)所需的時(shí)間遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于激光形成所需的時(shí)間，所以空間燒孔不能消除。以均勻加寬為主的以均勻加寬為主的固體激光器一般為多固體激光器一般為多縱模振蕩縱模振蕩。怎樣消除？采用含光隔離器的環(huán)形行波腔含光隔離器的環(huán)形行波腔 由于橫截面上光場(chǎng)分布的不均勻性，存在橫由于橫截面上光場(chǎng)分布的不均勻性，存在橫向的空間燒孔。不同橫模的光場(chǎng)分布不同，向的空間燒孔。不同橫模的光場(chǎng)分布不同，它們分別使用不同空間的激活粒子，當(dāng)光強(qiáng)它們分別使用不同空間的激活粒子

5、，當(dāng)光強(qiáng)足夠強(qiáng)時(shí)，可形成多橫模振蕩。足夠強(qiáng)時(shí)，可形成多橫模振蕩。（二）非均勻加寬激光器的多縱模振蕩 由于某一縱模光強(qiáng)的增加，并不會(huì)使整個(gè)由于某一縱模光強(qiáng)的增加，并不會(huì)使整個(gè)增益曲線(xiàn)均勻下降，而只是在增益曲線(xiàn)上增益曲線(xiàn)均勻下降，而只是在增益曲線(xiàn)上造成對(duì)稱(chēng)的兩個(gè)燒孔，只要縱模間隔足夠造成對(duì)稱(chēng)的兩個(gè)燒孔，只要縱模間隔足夠大，各縱?；旧匣ゲ魂P(guān)心，所有小信號(hào)大，各縱模基本上互不關(guān)心，所有小信號(hào)增益系數(shù)大于增益系數(shù)大于gt的縱模都能穩(wěn)定振蕩。的縱模都能穩(wěn)定振蕩。 在非均勻加寬激光器中也存在模競(jìng)爭(zhēng)現(xiàn)象。 當(dāng)q=0時(shí)， q-1及q+1模形成的兩個(gè)燒孔重合，它們共用同一種表觀(guān)中心頻率的激活粒子，存在模競(jìng)爭(zhēng)，輸出功率有無(wú)規(guī)起伏。 當(dāng)相鄰縱模所形成的燒孔重疊時(shí)，當(dāng)相鄰縱模所形成的燒孔重疊時(shí)， 相鄰縱模相鄰縱模因共用一部分激活粒子而相互競(jìng)爭(zhēng)。因共用一部分激活粒子而相互競(jìng)爭(zhēng)。均勻加寬激光器均勻加寬激光器1、增益曲線(xiàn)均勻飽和引起模式競(jìng)爭(zhēng)，導(dǎo)致增益曲線(xiàn)均勻飽和引起模式競(jìng)爭(zhēng)，導(dǎo)致 理想情況下，輸出應(yīng)是單縱模的理想情況下，輸出應(yīng)是單縱模的2、增益的、增益的