現(xiàn)代光學(xué)基礎(chǔ)教學(xué)課件jg5-2

1、5.2 速率方程,3.1單模振蕩速率方程組,1.三能級系統(tǒng)速率方程組,（1）E1與 E3 之間：,泵浦源將基態(tài) E1 上的粒子單位時間內(nèi)抽運(yùn)到 E3 上的幾率, E3 能級粒子以自發(fā)輻射形式回到基態(tài)的躍遷幾率, E3 能級粒子以無輻射形式回到基態(tài)的躍遷幾率,（2）E2與 E3之間：,（3）E2與 E1之間：, E3 的粒子以非輻射 形式轉(zhuǎn)移到 E2 上的幾率,激光諧振腔內(nèi)光子數(shù)密度隨時間變化規(guī)律:,三能級系統(tǒng):,腔內(nèi)損耗,發(fā)射截面,接收截面,2.四能級系統(tǒng)速率方程組,（2）,S30可忽略,四能級系統(tǒng)速率方程組：,3.3 均勻加寬工作物質(zhì)的增益系數(shù),3.3.1 增益系數(shù),光波在激活介質(zhì)中傳播單位

2、距離后光強(qiáng)的增加率。,大信號增益系數(shù)：,特點：,增益系數(shù)隨頻率的分布與譜線加寬線性函數(shù)有關(guān)。,增益系數(shù)：,反轉(zhuǎn)集居數(shù)密度,：介質(zhì)對光具有放大作用,：介質(zhì)對光具有吸收作用,增益系數(shù)與反轉(zhuǎn)集居數(shù)密度關(guān)系,增益系數(shù)與反轉(zhuǎn)集居數(shù)密度關(guān)系,gn,一、反轉(zhuǎn)集居數(shù)密度及其飽和,由速率方程組推導(dǎo),小信號反轉(zhuǎn)集居數(shù)密度,1. 小信號情況,2. 大信號情況,1/2,3. 與入射光頻率的關(guān)系,頻率 偏離中心頻率越遠(yuǎn)，則飽和作用越弱,#小信號情況：,二、增益飽和,光強(qiáng),設(shè)有一頻率為 ，強(qiáng)度為 的強(qiáng)光入射，同時還有一頻率為 的弱光入射，弱光的增益系數(shù)將如何變化？,2.均勻加寬時，強(qiáng)光對其它頻率的弱光增益系數(shù)影響,均勻加

3、寬情形下，某一頻率的強(qiáng)光入射，使增益在整個譜線上均勻下降。,3.4 非均勻加寬工作物質(zhì)的增益系數(shù),小信號增益系數(shù)：,大信號增益系數(shù)：,一、增益系數(shù)和飽和,二、燒孔效應(yīng)：,若用頻率為 線寬很窄的強(qiáng)激光入射非均勻加寬工作物質(zhì)，則表觀中心頻率的反轉(zhuǎn)粒子將受激輻射躍遷，消耗大量反轉(zhuǎn)粒子數(shù)，具有該表觀中心頻率的那部分粒子數(shù)出現(xiàn)飽和，其它表觀中心頻率的粒子數(shù)不減少。若再用寬帶激光入射，則在增益曲線上的位置將出現(xiàn)一個凹陷，這就是“燒孔”,1) 在燒孔范圍內(nèi)：弱光增益系數(shù)小于信號增益系數(shù)；,2) 在燒孔范圍外：弱光增益系數(shù)等于信號增益系數(shù)。,1. 四能級系統(tǒng)中受激輻射產(chǎn)生的光子數(shù) 燒孔面積,注意：,Doppler加寬氣體激光器中燒孔效應(yīng)： 在入射強(qiáng)光頻率 處產(chǎn)生兩個對稱的燒孔。,Doppler加寬氣體激光器中燒孔效應(yīng),Doppler加寬氣體激光器中燒孔效應(yīng),燒孔效應(yīng)：產(chǎn)生兩個相對中心頻率對稱的燒孔。,大作