五-单模激光器的线宽极限讲解课件

,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,*,五 单模激光器的线宽极限,无源腔单程损耗为,，本征模式的谱线宽度为,实际激光器腔内工作物质的增益系数恒大于0，所以称作有源谐振腔。其单程净损耗为,激光器稳态工作时,有 ,所以,？,五 单模激光器的线宽极限无源腔单程损耗为，本征模式,自然界不可能存在绝对的单色光，实际的单纵模激光器的线宽也不会等于零。,在光子数密度方程中曾忽略了自发辐射，在讨论阈值及输出功率等问题时，因自发辐射比受激辐射的贡献微弱，忽略是可行的，但在考虑线宽问题时必须考虑自发辐射。,自然界不可能存在绝对的单色光，实际的单纵模激光器的线宽也不会,实际激光器中由于自发辐射的存在，使得激光器的输出功率包括受激辐射功率和自发辐射功率两部分：,P,0,=,P,st,+,P,sp,。,由于,P,st,小于,P,0,，,稳态振荡时，受激过程的增益略小于损耗，其不足的部分由自发辐射补充。但自发辐射具有随机的相位，所以输出激光是一个略有衰减的有限长波列，因此具有一定的谱线宽度,s,。,这种线宽是由于自发辐射的存在而产生的，因而是无法排除的，所以称为线宽极限。,实际激光器中由于自发辐射的存在，使得激光器的输出功率包括受激,只考虑输出损耗,T,，,稳定工作时，,另外，,只考虑输出损耗T，稳定工作时，,输出功率越大，线宽越窄。因为输出功率增大就意味着腔内相干光子数增多，受激辐射比自发辐射占更大优势，因而线宽变窄。,减小损耗和增加腔长也可使线宽变窄。,输出功率越大，线宽越窄。因为输出功率增大就意味着腔内相干光子,六 激光器的频率牵引,色散现象,(Dispersion),从光和物质相互作用的经典理论得知：激光工作物质在增益（或吸收）曲线中心频率,0,附近呈现强烈的色散，即折射率随频率而急剧变化；色散随工作物质增益系数的增高而增大。,六 激光器的频率牵引色散现象(Dispersion),增益系数为零时，折射率为常数，记为,0,。增益系数不为零时，折射率是频率的函数，记为 ，其中,(),表示折射率随频率变化的部分。,增益系数为零时，折射率为常数，记为0。增益系数不为零时，折,在均匀加宽工作物质中，,在综合加宽工作物质中，粒子必须按其表观中心频率分类。设表观中心频率在,0,0,+,d,0,范围,内的反转集居数密度为 ，这部分反转粒子对折射率变化的贡献为,在均匀加宽工作物质中，,全部反转粒子对折射率变化的贡献为各种表观中心频率贡献的总和,全部反转粒子对折射率变化的贡献为各种表观中心频率贡献的总和,五-单模激光器的线宽极限讲解课件,令,令,如果工作物质具有非均匀加宽线型，即,非均匀加宽时的折射率变化为,当考虑,0,附近的色散现象时，上式积分在很小的范围内进行，在此范围内,t,0,；当 时，,()0,。,从H()和i()的表达式中看出，当,频率牵引,(,frequency pulling),在无源谐振腔中，纵模频率表示为,在有源谐振腔中，由于色散的存在，纵模频率变为,显然它偏离了无源腔的纵模频率，偏离量为,频率牵引(frequency pulling)在无源谐振腔中,当 时，因而 ；当 时，因而 。在有源腔中，由于增益物质的色散，使纵模频率比无源腔纵模更靠近中心频率，这种现象称为频率牵引。(,If the passive cavity resonance is not equal to the atomic line center,0,oscillation takes place near but is shifted slightly toward,0,.,This phenomenon is referred to as frequency pulling.),当 时，因而,五-单模激光器的线宽极限讲解课件,对均匀加宽激光器,假定腔长与工作物质长度相等，当激光器稳态工作时,引入牵引参量,H,，,它表示为,对均匀加宽激光器假定腔长与工作物质长度相等，当激光器稳态工作,对非均匀加宽激光器,稳态工作时,对非均匀加宽激光器稳态工作时,非均匀加宽的牵引参量,i,为,对632.8,nm,氦氖激光器，,i,的数量约为10,-3,。,Sum-up,振荡阈值（,n,t,g,t,P,pt,E,pt,）,振荡模式,起振与稳定工作条件,输出功率,弛豫振荡效应,单模激光器的线宽极限,频率牵引,Sum-up振荡阈值（nt,gt,Ppt,Ept）,