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,绪论,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,激 光 原 理,2008/2009,学年 第二学期,主讲：涂兴华,主要内容,1,、均匀,加宽工作物质的增益系数,2,、,非均匀加宽工作物质的增益系数,3,、综合加宽工作物质的增益系数（简介）,第四章 电磁场和物质 的相互共振作用,4.5,均匀加宽工作 物质的增益系数,增益系数,增益系数：,表示通过单位长度激活物质后光强增长的百分数,增益系数,增益系数,小信号增益系数：,大信号增益系数：,（常数）,I,：光传播到,z,处的光强,I,s,：饱和光强,增益系数,四能级系统，工作物质中光,子数密度,N,l,的速率方程：,不计损耗，且,f,1,f,2,时：,增益系数,增益系数表达式为：,增益系数与反转集居数密度成正比,增益系数,反转集居数密度,若,则,介质对光具有,放大,作用,介质对光具有,吸收,作用,反转集居数饱和,设,入射光频率 ，光强 ，,求工作物质的反转集居数密度 ：,连续工作状态下：,为,E,2,能级寿命：,稳态：,四能级系统：,饱和光强,反转集居数饱和,1,、小信号情况,与光强无关,反转集居数饱和,反转集居数饱和：,反转集居数随 的增强而减少,2,、大信号情况,反转集居数饱和,3,、 与入射光频率的关系,反转集居数饱和,3,、 与入射光频率的关系,频率 偏离中心频率越远，则饱和作用越弱,增益饱和,1,、激光工作物质对频率为 的入射光的增益系数,设,入射光频率 ，光强 ，,增益系数：,其中：,增益饱和,1,、激光工作物质对频率为 的入射光的增益系数,小信号情况：,增益饱和,1,、激光工作物质对频率为 的入射光的增益系数,大信号情况：,的值随 的增加而减少。,增益饱和现象,增益饱和,1,、激光工作物质对频率为 的入射光的增益系数,大信号情况：,谱线下降是非均匀的， 偏离中心频率越远，饱和效应越弱。,增益系数与入射光功率的关系：,增益饱和,思考：,设有一频率为 ，强度为 的强光入射，同时还有一频率为,的弱光入射，弱光的增益系数将如何变化？,2,、激光工作物质对另一频率为 的弱光的增益系数,强光入射,下降,弱光增益系数下降,增益饱和,2,、激光工作物质对另一频率为 的弱光的增益系数,若：,则：,均匀加宽谱线情形下，某一频率的强光入射，使,弱光,增益在整个谱线上均匀下降，下降后的谱线宽度与小信号时线宽相等。,均匀加宽激光器中，一个模式的起振会使其它模式的增益降低，因而可以阻止其它模式的振荡，从而实现单纵模输出。,第四章 电磁场和物质 的相互共振作用,4.6,非均匀加宽工 作物质的增益系数,增益饱和,小信号情况下反转集居数密度为,，则表观中心频率在,内的粒子的粒子的反转集居数密度：,频率在,内粒子的增益：,增益饱和,总的增益系数：,小信号增益系数：,中心频率处的小信号增益系数：,增益饱和,时：,烧孔效应,非均匀工作物质中：,A,A,B,C,B,入射光频率为 ，,则表观中心频率 的粒子，其,按下式饱和：,烧孔效应,对于表观中心频率为 的粒子：,饱和效应较小,A,A,B,C,B,烧孔效应,饱和效应可忽略,表观中心频率为 的粒子：,A,A,B,C,B,孔,深度：,孔,宽度：,孔,面积：,四能级系统中受激辐射产生的光子数 烧孔面积,故：,表观中心频率在,范围内的粒子有饱和作用，形成以 为中心的孔,烧孔效应,若,同时有频率为,的,弱光入射：,1.,在烧孔范围内：弱光增益系数小于信号增益系数；,2.,在烧孔范围外：弱光增益系数等于信号增益系数。,激光放大器中增益曲线的烧孔效应：,Doppler,加宽气体激光器中烧孔效应：,作业,P,160162,习题,22,
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