激光原理与技术第一章第二部分通俗讲解.ppt

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1、 第一章第一章 第二部分第二部分总总 结（一）结（一）主要内容主要内容谱线加宽和线型函数谱线加宽和线型函数激光器的速率方程激光器的速率方程均匀加宽工作物质的增益系数均匀加宽工作物质的增益系数非均匀加宽工作物质的增益系数非均匀加宽工作物质的增益系数n均匀加宽n自然加宽（寿命加宽）n碰撞加宽n晶格振动加宽n非均匀加宽n多普勒加宽n晶格缺陷加宽谱线加宽和线型函数谱线加宽和线型函数线型函数线型函数线型函数线型函数均匀加宽均匀加宽根据Heisenberg测不准关系若某能级具有无限窄的宽度该能级具有无限长寿命若能级有有限自发辐射寿命能级应具有有限宽度E均匀加宽：自然加宽均匀加宽：自然加宽均匀加宽：碰撞加宽

2、均匀加宽：碰撞加宽均匀加宽：气体工作物质均匀加宽：气体工作物质非均匀加宽：多普勒加宽非均匀加宽：多普勒加宽非均匀加宽：多普勒加宽非均匀加宽：多普勒加宽非均匀加宽非均匀加宽均匀加宽与非均匀加宽的区别均匀加宽与非均匀加宽的区别1、从谱线加宽角度看、从谱线加宽角度看均匀加宽：原子之间不可区分，每个原子的自发辐射具有完全相同的线型、线宽和中心频率非均匀加宽：原子之间可区分，每个原子的表观中心频率不同2、从单个原子谱线加宽与原子体系谱线加宽之间、从单个原子谱线加宽与原子体系谱线加宽之间 的关系看的关系看均匀加宽：原子体系的线型和线宽与单个原子的完全相同，每个原子以整个线型发射非均匀加宽：原子体系的线型和

3、线宽与单个原子的不同均匀加宽与非均匀加宽的区别均匀加宽与非均匀加宽的区别3、从原子对谱线的贡献看、从原子对谱线的贡献看均匀加宽：每个原子对谱线内的任一频率都有贡献，且对于某一频率的贡献是相同的非均匀加宽：某类原子仅对谱线内某一特定频率有贡献，例如仅对与其表观中心频率相同的频率有贡献均匀加宽与非均匀加宽的区别均匀加宽与非均匀加宽的区别4、从光和物质相互作用的角度看、从光和物质相互作用的角度看均匀加宽：入射的某一频率的准单色光场与介质中所有原子发生完全相同的共振相互作用，原子的受激跃迁几率相同非均匀加宽：入射场仅与介质中表观中心频率与其频率相应的某类原子发生共振相互作用，并引起这类原子的受激跃迁均

4、匀加宽与非均匀加宽的区别均匀加宽与非均匀加宽的区别综合加宽：气体工作物质综合加宽：气体工作物质激光器的速率方程原子自发辐射、受激辐射和受激吸收几率的修正原子自发辐射、受激辐射和受激吸收几率的修正原子自发辐射、受激辐射和受激吸收几率的修正原子自发辐射、受激辐射和受激吸收几率的修正物理意义：由于谱线加宽，和原子相互作用的单色光辐射场的频率在原子发光的中心频率0附加一个频率范围时，即可引起原子的受激跃迁。受激跃迁几率存在着由工作物质谱线加宽函数所决定的频率响应特性。原子自发辐射、受激辐射和受激吸收几率的修正原子自发辐射、受激辐射和受激吸收几率的修正发射截面吸收截面吸收截面与发射截面吸收截面与发射截面

5、三能级系统速率方程组三能级系统速率方程组1331AS3132SA2121S1221WWW21EE3E四能级系统速率方程组四能级系统速率方程组E110S0330AS3032SA2121S1221WWW20EE3E均匀加宽工作物质的增益系数均匀加宽工作物质的增益系数增益系数增益系数反转粒子数密度反转粒子数密度饱和光强增益饱和增益饱和增益饱和增益饱和模式竞争模式竞争 在均匀加宽激光器中，当一个模式振荡后，就会使其它模的增益降低，因而阻止了其它模的振荡，这就是均匀加宽激光均匀加宽激光器中的模式竞争器中的模式竞争。非均匀加宽工作物质的增益系数非均匀加宽工作物质的增益系数增益系数增益系数小信号增益系数小信

6、号增益系数均匀加宽和非均匀加宽大信号增益系数的比较均匀加宽和非均匀加宽大信号增益系数的比较（1）非均匀加宽工作物质的饱和效应强弱与频率无关，仅取决于光强；（2）非均匀加宽工作物质的饱和作用弱；（3）非均匀加宽工作物质的增益曲线是局部饱和。均匀加宽和非均匀加宽大信号增益系数的比较均匀加宽和非均匀加宽大信号增益系数的比较烧孔效应：反转粒子数的烧孔效应烧孔效应：反转粒子数的烧孔效应烧孔效应：存在于非均匀加宽气体激光器中增益烧孔：增益曲线的烧孔效应增益烧孔：增益曲线的烧孔效应烧孔效应：反转粒子数按速度的分布曲线烧孔效应：反转粒子数按速度的分布曲线常用激光增益介质谱线线宽的比较常用激光增益介质谱线线宽的比较教材表1.3 几种气体激光增益介质谱线的自然线宽常用激光增益介质谱线线宽的比较常用激光增益介质谱线线宽的比较教材表1.4 几种气体激光增益介质谱线的多普勒线宽常用激光增益介质谱线线宽的比较常用激光增益介质谱线线宽的比较常用气体激光增益介质：He-NeCO2Ar+常用激光增益介质谱线线宽的比较常用激光增益介质谱线线宽的比较常用固体激光增益介质：常温下均匀加宽为主红宝石：Nd:YAG钕玻璃惨铒光纤