激光器的振蕩

激光器的振蕩第一頁(yè)，共十二頁(yè)，編輯于2023年，星期日（一）均勻加寬激光器中的模競(jìng)爭(zhēng)1增益曲線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？

Modecompetition第二頁(yè)，共十二頁(yè)，編輯于2023年，星期日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)第三頁(yè)，共十二頁(yè)，編輯于2023年，星期日結(jié)論：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)果總是靠近中心頻率0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。理想情況下，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中心附近。(Theidealhomogeneouslybroadenedlasercanoscillateonlyatasinglefrequency.)第四頁(yè)，共十二頁(yè)，編輯于2023年，星期日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)，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)為增益的空間燒孔效應(yīng)

(spatialholeburning)。2空間燒孔引起多模振蕩第五頁(yè)，共十二頁(yè)，編輯于2023年，星期日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)分布圖第六頁(yè)，共十二頁(yè)，編輯于2023年，星期日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，這一現(xiàn)象稱(chēng)為縱模的空間競(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)，迅速的熱運(yùn)動(dòng)消除了空間燒孔，以均勻加寬為主的高氣壓激光器可獲得單縱模振蕩。第七頁(yè)，共十二頁(yè)，編輯于2023年，星期日固體工作物質(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。以均勻加寬為主的固體激光器一般為多縱模振蕩。怎樣消除？采用含光隔離器的環(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)足夠強(qiáng)時(shí)，可形成多橫模振蕩。第八頁(yè)，共十二頁(yè)，編輯于2023年，星期日（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)增益曲線均勻下降，而只是在增益曲線上造成對(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)增益系數(shù)大于gt的縱模都能穩(wěn)定振蕩。第九頁(yè)，共十二頁(yè)，編輯于2023年，星期日第十頁(yè)，共十二頁(yè)，編輯于2023年，星期日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)，相鄰縱模因共用一部分激活粒子而相互競(jìng)爭(zhēng)。什么情況下燒孔重疊？q=?，=?第十一頁(yè)，共十二頁(yè)，編輯于2023年，星期日均勻加寬激光器1、增益曲線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2、增益的空間燒孔引起縱模的空間競(jìng)爭(zhēng)導(dǎo)致多模振蕩（氣體、固