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界说: g1 ? 1 ? L R共轴 Rg2L22 此中 --

2019-11-26      点击:

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  激光器的工做道理 激光的根基道理及特征 激光发生的根基道理 (一)、激光的构成及发生的根基前提 1、粒子数反转分布 E E2 E 玻尔兹曼分布 反转分布 E1 n3 n2 n1 n n2 ?e n1 ?E ? E ? ? 2 1 KT E2 E1 n1 n2 n3 单元时间内STE添加的光子数密度 单元时间内STA削减的光子数密度 w 21n2 ? B21?? n2 w12n1 ? B12?? n1 f2 n2 ? n1 f1 f2 n2 ? n1 f1 一般分布 受激接收 占从导 光衰减,接收 反转分布 受激辐射 占从导 光放大 有增益 N2 N1 N2 N1 增益介质:处于粒子数反转分布形态的物质 为实现粒子数反转分布,要求正在单元时间内激发到上能级的粒子数密度越多越好, 下能级的粒子数越少越好,上能级粒子数的寿命长些好。 第二部门 激光发生的 根基道理 2.激光器的根基布局 n? w 21 A21 ?? ?? w21 ?? n ?? 1 STE光子集中正在几个模式 非轴向模 轴向模 手艺思惟的严沉冲破 - F-P 光谐振腔 ? 式光谐振腔使特定(轴向)模式的??添加, 其它(非轴向)模式数 逸出腔外,使轴向模有很高的光子简并度。 ? 工做物质, 光学谐振腔, 激励能源是一般激光器的三个根基部门。 3、激光发生的根基前提及激光构成过程 根基前提: 1、实现粒子数反转(粒子数反常分布) 2、满脚阈值前提(增益大于或等于损耗) 阈值:发生激光所要需的最低能量 激光构成过程: 泵浦(抽运) 放大 粒子数反转 达到阈值 受激放大 激光输出 振荡 ? 粒子数反转分布是STE占劣势(发生激光)的前提前提 ? 依托向物质供给能量(泵浦或称激励)才能打破热均衡, 实现粒子数反转 ? 激励(泵浦)能源是激光器根基构成部门之一 光(闪光灯,激光)、电(气体放电,电注入)、化学 、核 光学谐振腔及激光的模式 光腔的形成及不变前提 光学谐振腔的感化:供给反馈和模式选择 腔的形成取分类 h1 h2 h3 半导体激光器 介质波导腔 h2 h1, h3 (a) 闭腔 (b) 开腔 (c) 气体波导腔 另:折叠腔、环形腔、复合腔 复合腔-腔内插手其它光学元件,如透镜,F-P尺度具等 光学谐振腔布局取不变性 一.光腔的感化: 1.光学正反馈: 成立和维持自激振荡。 (提高简并度) 决定要素: 由两镜的反射率、几何外形及组合形式。 2. 节制光束特征: 包罗纵模数目、横模、损耗、输出功 率等。 二.光腔 —— 式共轴球面光学谐振腔的形成 1.形成:正在激活介质两头设置两面反射镜(全反、部门反)。 R2 共轴 R1 球面 R1 球面 共轴 R2 球面 共轴 球面 共轴 R1 R1 R2 2. 式: 除二镜外其余部门 共 轴: 二镜共轴 球面腔: 二镜都是球面反射镜(球面镜) 三.光腔按几何损耗(几何反射逸出)的分类: ?不变腔 (光腔中存正在着伴轴模,它可正在腔内多次而不逸出腔外) ? 光腔 ?临界腔 (几何光学损耗介乎上二者之间) ?非稳腔 (伴轴模正在腔内经无限数往返必定由侧面逸出腔外,有很高的 ? 几何光学损耗) 共轴球面谐振腔的不变性前提 一.光腔不变前提: 球面 1.描述光腔不变性的g参量,定义: g1 ? 1 ? L R1 共轴 R1 g2 ? 1 ? L R2 L R2 此中 L ---- 腔长(二反射镜之间的距离) , L>0 ; Ri ---- 第i面的反射镜曲率半径(i = 1,2); 符号法则: 凹面向着腔内时(凹镜) Ri>0 , 凸面向着腔内时(凸镜) Ri<0。赌大小, 对于平面镜, R ? ?, f ? ? 成像公式为: 1 1 1 ? ? s s? f s——物距 s?——象距 f ——透镜焦距 2.光腔的不变前提: (1)前提:使傍轴模(即近轴光线)正在腔内往返无限多次不逸 出腔外的前提, 即近轴光线几何光学损耗为零, 其 数学表达式为 0 ? g1 g2 ? 1 (2)据不变前提的数学形式, 不变腔: 0 ? g1 g2 ? 1 非稳腔: 临界腔: g1 g2 ? 1 或 或 g1 g2 ? 0 g1 g2=0 g1 g2 ? 1 共轴球面谐振腔的不变图及其分类 一。常见的几类光腔的形成: *(以下引见常见光腔并进修用做 图方式来暗示各类谐振腔) L L ( R1 ? L)( R2 ? L) g1 g 2 ? (1 ? )(1 ? ) ? R1 R2 R1 R2 (一)不变腔: 0 ? g1 g2 ? 1 1.双凹不变腔: 由两个凹面镜构成的共轴球面腔为双凹腔。这种腔的 不变前提有两种环境。 其一为: 证明: R1 R2 R1 ? L 且 R2 ? L L < <1 ∴ 0 R1 L ∵ R1>L L 0 <1 ? <1 R1 即:0<g1<1 ,同理 0<g2<1 R1 R2 所以:0<g1g2<1 其二为: R1<L R2<L 且 R1+R2>L 证明:∵R1<L ∴ L 1 ? < 0 即 g1<0 R1 L 同理:g2<0 ,∴g1g2>0 ;又∵ L<R1+R2 L2 R1 ? R2 < L ∴ R1 R2 R1 R2 或 L L R1 ? R2 L2 ( 1 ? )( 1? ) ? 1? L? <1 R1 R2 R1 R2 R1 R2 即 g1g2<1 0< g1g2<1 若是 R1=R2 ,则此双凹腔为对称双凹腔,上述的两种稳 定前提能够归并成一个,即: R1=R2=R>L/2 2.平凹不变腔: 由一个凹面反射镜和一个平面反射镜构成的谐振腔称为平 凹腔。其不变前提为:R>L R L 证明:∵ R1>L , g1 ? 1 ? L 0 <g ? 1 ? <1 1 ∴ R1 L ;