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1、1.3激光產生的充分條件一、飽和光強定義所以,只要G>0,I就會,那么是否就會產生激光呢?分析一方面,介質長度有限;另一方面,I的代價是ΔNul因此，I增加到一定值時，就不再增長了，這時的光強就為飽和光強Is。飽和發(fā)生的介質長度就叫做飽和長度Ls。二、飽和光強Is的計算一個通過泵浦實現了粒子數反轉的二能級系統(tǒng)，當光在此增益介質傳播時，上能級粒子數變化率達到穩(wěn)態(tài)時小信號情況時，隨著I,Nu飽和光強Nu減小至小信號值的1/2時的光強。式中叫做受激輻射截面三、產生激光的充分條件如果在增益介質的有效長度內，光強可
2、以從微小信號增長到飽和光強，那么對產生激光來說就是充分的。說明1.Is有一定的任意性。2.達到Is后，Is仍在增長，但增長速度大為衰減。例：如圖，請估算滿足充分條件的工作物質長度LlAda面積設介質已實現足夠大的粒子數反轉LlAda如圖，在l區(qū)域內，單位時間由自發(fā)輻射產生的總輻射能為到達介質另端的能量與總能量之比為到達介質另端的能量為令即：關于L的超越方程討論1.已知L和da時,就可求出滿足充分條件的G.2.通過對已知G的比較,就可判斷是否滿足充分條件.3.已知L和G時,就可求出滿足充分條件da的.4.可
3、判斷已知的da是否滿足充分條件.5.已知G和da時,則只有用作圖法才能求解L或判斷L.例題1已知：G=100m-1，L=0.08m求：滿足充分條件的da解：例題2已知：Nd:YAG激光材料增益系數G=10m-1，材料長度L=0.5m，da=0.1m求：小信號單次通過該介質光強可否達到飽和？解：不能達到飽和1.4譜線加寬一、概述1.譜線寬度上能級寬度:下能級寬度:EuMEu0EumElMEl0Elm中心頻:上邊頻:下邊頻:譜線寬度:2.線型函數定義:設輻射光強I中頻率處于ν～ν+dν的部分為I(ν)dν,則
4、線型函數定義為線型函數滿足歸一化條件3.種類譜線加寬非均勻加寬均勻加寬綜合加寬二、均勻加寬1.定義引起加寬的物理因素對每個原子都是相同的,這種加寬就是均勻加寬.2.種類碰撞加寬、自然加寬、晶格振動加寬3.線型函數譜線寬度4.自然加寬由測不準關系確定的加寬就是自然加寬.線型函數5.碰撞加寬τ1加寬、τ2加寬6.總的均勻加寬三、非均勻加寬1.定義原子系統(tǒng)中不同原子或原子群對譜線的不同部分有貢獻,這類加寬就是非均勻加寬.2.種類多普勒加寬、非晶態(tài)加寬3.多普勒加寬多普勒效應多普勒加寬線型函數式中原子量4.多普勒
5、加寬和自然加寬的關系1.5譜線加寬下的增益系數對于均勻增寬介質：由線型函數定義可以認為線型函數是躍遷幾率按頻率的分布函數。對于多普勒加寬介質：當時，即在中心頻率處獲得最大值1.6激光器的速率方程一、速率方程的建立1.實現上下能級之間粒子數反轉產生激光的物理過程：三能級和四能級系統(tǒng)，為簡化問題，以二能級系統(tǒng)為例。以Ａl代表能級l的馳豫衰減WuWlAulBul(ν)I/cBlu(ν)I/cEuEl二、速率方程的穩(wěn)態(tài)解穩(wěn)態(tài)時小信號時（1）（2）（3）（4）（1）+（2）得可見，下能級粒子數密度不隨光強而改變！由
6、（1）得設由飽和光強定義三、反轉粒子數及增益飽和1.反轉粒子數密度顯然，I=Is時，2.增益系數將代入小信號增益系數可見，I=Is時，飽和條件下的增益系數為小信號時的一半3.增益系數G(ν)、中心頻率處增益系數G(ν0)、小信號增益系數G0(ν)及小信號中心頻率處增益系數G0(ν0)的關系均勻加寬多普勒加寬作業(yè)1.(1)一質地均勻的材料對光的吸收為0.01mm-1、光通過10cm長的該材料后，出射光強為入射光強的百分之幾？（2）一光束通過長度為1m的均勻激活工作物質，如果出射光強為入射光強的2倍，求該物質
7、的增益系數。2.設氖原子靜止時發(fā)出0.6328μm紅光的中心頻率為4.74×1014Hz,室溫下氖原子的平均速率設為560m/s。求此時接收器接收頻率與中心頻率相差多少？
