北交大激光原理第5章 Suggests for solving problems

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北交大激光原理第5章 Suggests for solving problems

考研期末考试激光原理

第五章连续激光器的工作特性

一、学习要求与重点难点学习要求

1．了解激光器速率方程的近似处理； 2．掌握激光器振荡阈值条件；

3．掌握三、四能级系统的阈值泵浦功率密度； 4．理解均匀加宽介质激光器的模竞争，和单纵模振荡； 5．理解非均匀加宽介质激光器中的烧孔现象，和多纵模振荡；

6．理解单模运转激光器在均匀和非均匀加宽介质两种情形下的输出功率特性，及其影

响因素；

7．了解蓝姆凹陷，及其应用； 8．了解速率方程理论的局限性。

重点

1. 2. 3. 4.

单模、多模激光器速率方程建立，及其近似方法；激光器振荡阈值条件；

阈值泵浦功率密度，及其影响因素；

单模运转激光器输出功率特性，及其影响因素；

难点

1. 激光器速率方程的近似处理； 2. 激光器涉及的效率；

3. 单模运转激光器输出功率的影响因素； 4. 蓝姆凹陷及其应用。

考研期末考试激光原理

二、知识点总结

1. 激光器速率方程的特点

局部损耗

d 腔内光子寿命 R 影响腔内光子数 dt R

正反馈

主要关心：基模

横模式：光学谐振腔：近似方法：平面波

模式：主要关心：单模受激跃迁几率差别忽略各模的光子寿命、纵模式：近似方法：

忽略模间耦合

近似全填充激活介质的有限填充

nA21 d n

(n n)W B n P1R dt 2

四能级系统I: d 1 (VRBR n ) R dt速率方程：

d n nAgA 21 (n n)WP 1 BR n 2(n21 BR n) dt 2g1 2

三能级系统I: d 1

(VRBR n )

R dt

考研期末考试激光原理

t R

光学谐振腔效率： R t

泵浦源光子利用率： P

S32 四能级系统I: S32 A30 S30 抽运能级驰豫转移效率 1

效率：三能级系统I:

A21

四能级系统I: A21 S21激光上能级荧光效率 2

三能级系统I:

总量子效率：＝ 1 2

dP 激光器斜率效率： s out

dPin

2. 激光器阈值特性

考研期末考试激光原理

V 0

小信号布居反转数密度: n t LhvB上下gH(v,v0)

增益系数:G( )

nt0A21 nt0A21

四能级系统I:Wpt (n n0) (n) t 泵浦速率：g2 d (n nt)A21＝0 dtg阈值：三能级系统I:Wpt 1

(n nt)

Ppt P H111 2

四能级系统I: 4 hV 3 Va 0 1 2 PL

泵浦功率密度： P 三能级系统I:pt 2 hn g2/g1 P H 1 1 1 Va1 g2/g1 1 2 P

泵浦超阈度：r G0( )/

m0 l

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均匀加宽: os Hrm 1 出光带:

m 非均匀加宽： os Dlogr

2 os

1 纵模数目：N mnq

2GH( q,I q)l q 0 压扁增益曲线 q色散靠近 0的单纵模振荡纵模频率向 0偏移0 2 H q 振荡：

波腹:几个纵模振荡均匀加宽

空域烧孔沿轴：多横模

频域:多纵模振荡波腹:几个纵模振荡非均匀加宽烧孔

空域：沿轴：多横模

3. 连续激光器的输出

0 最佳输出耦合：T 2(2Gl )opt 均匀加宽:P (P P)

outp1Rinpt h s vp 最大输出功率：功率:Pout Pmax AIs(2G0l )2 t 2

输出： [rmexp( 8 y2) 1]

非均匀加宽：P IAToutso f(y)

n2BRVaL四能级系统I( R)2V nBRn2Va 自发辐射的贡献

损耗： n 激 2 h 极限线宽：V 2 L2 Poutss

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