第十次课-激光原理PPT学习教案.pptx

会计学
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第十次课-激光原理
问题1：什么叫脉冲激光器？其内在特征是什么？
脉冲激光器(t0<2 ) ——非稳定工作状态（非稳态）
特点：泵浦持续时间短，各能级粒子数及腔内光子数密度来不及建立稳定工作状态，其工作过程是一个瞬态过程。
一、弛豫振荡
泵浦能量低于阈值
泵浦能量高于阈值
问题2：脉冲激光器的输出光强有何特点？
这是怎么形成的呢？
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二、定性解释弛豫振荡的形成（Δn & Nl 的瞬态变化）
Nl
n
nt
t1
t2
t3
t4
t5
t
t
t
0
0
0
激励
0 ~ t1
泵浦开始工作，反转粒子数密度开始增加，但未到达阈值反转粒子数没有光输出，腔内光子数目可以忽略。
t1 ~ t2
在t1时刻，n达到阈值，产生激光，光子数目急剧增大；与此同时，受激辐射将使Δn减小。但在此阶段，因为泵浦激励使Δn增加的速率仍超过受激辐射使Δn减少的速率，所以Δn仍继续增加。
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Nl
n
nt
t1
t2
t3
t4
t5
t
t
t
0
0
0
激励
t2 ~ t3
受激辐射使Nl 急剧上升  n
最大
t3 ~ t4
受激辐射使 n < nt
Nl急剧下降，n 
t4 ~ t5
若泵浦作用尚未停止，受激辐射减弱导致
t>t5 又开始第二个脉冲的发展过程，在整个脉冲泵浦过程中，
这种过程反复发生，造成输出激光的一连串尖峰结构。
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激光建立的过程都存在弛豫振荡过程。脉冲激光器在泵浦时间内，由于STE作用，反转粒子数密度与光子数密度处于剧烈变化阶段，因此其输出表现出张弛振荡特点，形成多个尖峰脉冲
泵浦激励越强，尖峰形成越快，因而尖峰的时间间隔越小。
脉冲宽度和间隔随激光腔长的增大而增大。
以上是单纵模激光器的分析。对于多纵模激光器，由于各个纵模的情况不尽相同，其尖峰脉冲序列是多个纵模的尖峰脉冲叠加的结果，而不同纵模之间的关系又有一定的随机性，因而多纵模激光器往往输出一列无规则的尖峰脉冲。
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问题3：研究弛豫振荡有何实际意义（利与弊）
弛豫振荡反映了激光振荡过程的不稳定，具有普遍性。是激光振荡由开始时的非稳态向稳态过渡过程中产生的效应
(1) 连续激光器中弛豫振荡 引起激光输出的不稳定－噪声
• “预热”时间
• 激励突变，损耗突变会引起振荡不稳定
（2）脉冲激光器中驰豫振荡的影响
增大输入能量时，尖峰脉冲数目增加，不能有效地提高峰
值功率水平
激光输出的时间特性很差。为得到高峰值功率和较窄的单
个脉冲，采用调Q技术
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问题4：什么情况下要用到激光放大器？
某些应用中（如光通信）需要：
优质光束（单***好、发散角小、窄脉宽）
大功率激光
怎么解决？
采用一级或多级激光放大器将小功率激光器输出的优质激光束放大。
难以两全
1987年6月，1012W的大功率脉冲激光系统——神光装置，在中国科学院上海光学精密机械研究所研制成功。
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问题5：激光放大器与激光振荡器有何异同？
激光振荡器
激光放大器
工作物质都要有足够的反转粒子数，
都是基于受激辐射使光信号得到放大。
为了得到共振放大，要求放大介质有与输入信号相匹配的能级结构。
在放大种子光的同时，自发辐射也被放大(噪声)。
相同点：
不同点：
激光振荡器：两端面必须有一定的反射。
激光放大器：两端面可以没有反射，
两端面有一定反射——再生放大器
工作物质两端面无反射——行波放大器
激光放大器
按工作方式
分类
这两类放大器工作特性有何不同？
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行波放大器: 只要求入射光频率在增益介质谱线范围内
再生放大器: 入射光需在谐振腔本征频率附近,保证频率匹配
G0>δ
G0>δ
行波放大器
再生放大器(F-P放大器)
问题6：还有没有其他分类方式?
G
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按输入放大器的光信号的时间特性分：
①连续激光放大器
②脉冲激光放大器（调Q激光，脉宽为几十ns）
③超短脉冲激光放大器（锁模激光，脉宽为fs量级）
按光激励方式分：
①横向(均匀)激励激光放大器
②纵向激励激光放大器
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