演示文稿增益飽和

演示文稿增益飽和目前一頁\總數(shù)二十一頁\編于一點（優(yōu)選）增益飽和目前二頁\總數(shù)二十一頁\編于一點19.1均勻加寬工作物質(zhì)的粒子反轉(zhuǎn)數(shù)飽和1、增益飽和現(xiàn)象及其物理機制增益飽和現(xiàn)象當入射光強Iν足夠小時，G為常數(shù)；當入射光強Iν增大到一定的程度后，G將會隨著Iν的增加而下降，這種過程稱為增益飽和現(xiàn)象；產(chǎn)生增益飽和現(xiàn)象的物理機制：受激輻射幾率與入射光強成正比，Iν足夠大時，Δn下降的很快，因此G會隨著Iν的增加而下降。目前三頁\總數(shù)二十一頁\編于一點19.1均勻加寬工作物質(zhì)的粒子反轉(zhuǎn)數(shù)飽和2、均勻加寬下的Δn的飽和只要入射光的頻率落在譜線線寬以內(nèi)，就會產(chǎn)生受激吸收和受激輻射；如果Iν足夠強，受激輻射對原子系統(tǒng)的各能級上的粒子數(shù)目的影響就必須考慮。當我們考慮四能級系統(tǒng)：

且

為什么？目前四頁\總數(shù)二十一頁\編于一點19.1均勻加寬工作物質(zhì)的粒子反轉(zhuǎn)數(shù)飽和將線型函數(shù)gH(ν,ν0)引入可得到：其中A、當Iν一定時，Δn<Δn0，這種現(xiàn)象稱為反轉(zhuǎn)粒子數(shù)飽和；目前五頁\總數(shù)二十一頁\編于一點19.1均勻加寬工作物質(zhì)的粒子反轉(zhuǎn)數(shù)飽和B、Δn與Δn0有關(guān)，還與入射光的頻率有關(guān)，不同頻率的入射光對反轉(zhuǎn)粒子數(shù)的影響是不同的；C、當ν=ν0時，表明強度為的入射光會使Δn減小到小信號Δn0時的倍，當時，Δn=Δn0/2。目前六頁\總數(shù)二十一頁\編于一點19.1均勻加寬工作物質(zhì)的粒子反轉(zhuǎn)數(shù)飽和D、當入射光頻率偏離中心頻率時，飽和作用較時弱，如果且，則，其飽和作用比中心頻率處減小一半，可見偏離中心頻率越遠飽和作用越弱。通常認為在 范圍內(nèi)，飽和作用明顯。目前七頁\總數(shù)二十一頁\編于一點19.1均勻加寬工作物質(zhì)的粒子反轉(zhuǎn)數(shù)飽和E、飽和光強IS飽和光強是一個描述增益飽和程度的參量，它有著光強的量綱（是什么？）；當入射光光強Iν可以與IS相比擬時，受激輻射造成的上能級粒子數(shù)衰減率就可以與其他馳豫過程造成的衰減率相比擬；當入射光強Iν遠小于IS時，上能級粒子衰減率與光強無關(guān)；目前八頁\總數(shù)二十一頁\編于一點19.2均勻加寬工作物質(zhì)的增益飽和均勻加寬大信號增益系數(shù)設(shè)光強為Iν的準單色光入射，且均勻加寬的大信號增益系數(shù)為GH(ν,Iν)，則：將線型函數(shù)以及小信號增益系數(shù)表達式帶入可得：在Iν<<IS時，即小信號情況下，增益系數(shù)與光強無關(guān)，小信號增益系數(shù)為：其中：目前九頁\總數(shù)二十一頁\編于一點19.2均勻加寬工作物質(zhì)的增益飽和當Iν可以與IS比擬時，GH(ν,Iν)的值將隨著Iν的增加而減少，這種現(xiàn)象就是增益飽和現(xiàn)象；當ν=ν0時：當Iν0=IS時：上式可得到結(jié)論，大信號增益系數(shù)為小信號增益系數(shù)的一半；ν偏離中心頻率越遠，飽和效應(yīng)就越弱；目前十頁\總數(shù)二十一頁\編于一點19.2均勻加寬工作物質(zhì)的增益飽和當一束強光Iν1入射的同時，一束頻率為Iν的弱光入射到工作物質(zhì)中，其增益系數(shù)會如何變化？當強光Iν1入射時，會引起Δn的下降，這種下降是在整個原子發(fā)光譜線范圍內(nèi)的下降，即對應(yīng)弱光頻率ν的那部分反轉(zhuǎn)粒子數(shù)也同時下降了，弱光入射時對應(yīng)的反轉(zhuǎn)粒子數(shù)不再是Δn0，而是Δn：所以弱光的增益系數(shù)為：目前十一頁\總數(shù)二十一頁\編于一點19.2均勻加寬工作物質(zhì)的增益飽和如果ν1=ν0，Iν1=IS，則；每個粒子都對GH(ν)有貢獻，當Iν1的受激輻射消耗了激發(fā)態(tài)的粒子時，Δn也就減少了對其它頻率信號的增益起作用的粒子；整個增益曲線以同等的份額均勻下降；均勻加寬激光器中，當一個模開始振蕩后，就會使其它模的增益降低，從而阻止其它模的振蕩，即產(chǎn)生了模式競爭；目前十二頁\總數(shù)二十一頁\編于一點19.3非均勻加寬工作物質(zhì)的反轉(zhuǎn)粒子數(shù)飽和由非均勻加寬工作物質(zhì)的特性可知，每一種特定類型的粒子只能和某一特定頻率的光場相互作用。因此Δn按照ν有意分布，與均勻加寬類似，小信號時，其分布函數(shù)為gi(ν,ν0);在ν→ν+dν范圍內(nèi)，其中Δn0為中心頻率ν0處的反轉(zhuǎn)粒子數(shù)。頻率為νA的準單色光只能造成頻率νA對應(yīng)的那部分粒子的飽和；均勻加寬是不可避免的，實際上與頻率νA相應(yīng)的粒子發(fā)射譜線將是以νA為中心頻率，寬度為ΔνH的均勻加寬譜線。目前十三頁\總數(shù)二十一頁\編于一點19.3非均勻加寬工作物質(zhì)的反轉(zhuǎn)粒子數(shù)飽和這一部分粒子的飽和行為可以用均勻加寬情況下得出的公式描述：如果入射光頻率為νA，則對中心頻率為νA的粒子，相當于均勻加寬情況下的入射光頻率等于中心頻率，當光強足夠強時有：對于中心頻率為νB的粒子，由于νA偏離νB引起的飽和效應(yīng)較小，對應(yīng)B1點；對于中心頻率為νC的粒子，由于此時飽和效應(yīng)可以忽略，即：目前十四頁\總數(shù)二十一頁\編于一點19.3非均勻加寬工作物質(zhì)的反轉(zhuǎn)粒子數(shù)飽和νA的光IνA入射，將使中心頻率為范圍內(nèi)的粒子有飽和作用；由于飽和作用，在Δn(ν)上將形成一個以νA為中心的凹陷，稱為“燒孔”，其深度為： 其寬度為：孔的面積： 四能級系統(tǒng)中受激輻射產(chǎn)生的光子數(shù)正比于燒孔面積δS，即受激輻射功率正比于燒孔面積，這一結(jié)論來源于半經(jīng)典理論。目前十五頁\總數(shù)二十一頁\編于一點19.4非均勻加寬工作物質(zhì)的增益飽和1、非均勻加寬大信號增益考慮非均勻加寬，需要將反轉(zhuǎn)粒子數(shù)Δn按中心頻率分類，在ν0’-ν0’+dν0’范圍內(nèi)的反轉(zhuǎn)粒子數(shù)為這一部分粒子將會發(fā)射出中心頻率為ν0’，寬度為ΔνH的均勻加寬譜線，Δn0為中心頻率ν0處的小信號反轉(zhuǎn)粒子數(shù)；當頻率為ν光強為Iν的單色強光入射時有：目前十六頁\總數(shù)二十一頁\編于一點19.4非均勻加寬工作物質(zhì)的增益飽和某一頻率ν，強度為Iν的光的增益，應(yīng)該是各種中心頻率的全部粒子對增益的貢獻的總和：由于在內(nèi)，被積函數(shù)才有顯著值，而在時，被積函數(shù)趨于零，因此可將積分區(qū)域改為；由于在非均勻加寬下，，可以將gD(ν,ν0)視為常數(shù)，提出積分號外，故：目前十七頁\總數(shù)二十一頁\編于一點19.4非均勻加寬工作物質(zhì)的增益飽和當時，得出小信號增益系數(shù)：當時，得到：與均勻加寬相比，同樣的條件()下，非均勻加寬的飽和作用較弱：非均勻加寬飽和效應(yīng)的強弱與頻率無關(guān)，無論ν為何值，都下降為，而均勻加寬下降為：目前十八頁\總數(shù)二十一頁\編于一點19.4非均勻加寬工作物質(zhì)的增益飽和2、燒孔效應(yīng)非均勻加寬工作物質(zhì)，對IνA的νA準單色光，會引起在頻率范圍內(nèi)引起反轉(zhuǎn)粒子數(shù)的減少，從而在反轉(zhuǎn)粒子數(shù)曲線上形成一個凹陷；由于增益正比于反轉(zhuǎn)粒子數(shù)，因此在Gi(ν,IνA)曲線上，由于強光作用會造成在頻率范圍內(nèi)產(chǎn)生增益飽，從而使Gi(ν,IνA)下降，稱之為增益曲線的燒孔。目前十九頁\總數(shù)二十一頁\編于一點19.4非均勻加寬工作物質(zhì)的增益飽和非均勻加寬激光器中，只要各縱模的間隔足夠大，各縱模的相互影響就很弱；只要連續(xù)改變νA

，可以形成一系列燒孔，將各孔的底部光滑地連接在一起，形成的就是大信號本身的增益曲線；以上討論的情況是針對放大器或者非多普勒加寬的非均勻加寬激光