連續(xù)激光器的輸出功率

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1、4-3 連 續(xù) 激 光 器 的 輸 出 頻 率 連續(xù)激光器穩(wěn)定工作時(shí)，由于激光工作物質(zhì)的光放大作用，腔內(nèi)的損耗系數(shù)分布不均勻，各縱模的駐波效應(yīng)，光場(chǎng)的橫向高斯分布等因素，使得腔內(nèi)光強(qiáng)分布不均勻，因而,精確計(jì)算各點(diǎn)的光強(qiáng)是個(gè)非常復(fù)雜的問(wèn)題。 本節(jié)從增益飽和效應(yīng)出發(fā)，計(jì)算激光器的穩(wěn)定工作時(shí)腔內(nèi)的平均光強(qiáng)，并在此基礎(chǔ)上計(jì)算激光器的輸出功率。激光器工作過(guò)程：1）激光在外界激發(fā)作用很弱時(shí)，激活介質(zhì)的小信號(hào)增益系數(shù)小于閾值增益系數(shù)，激光器無(wú)激光輸出； 2）當(dāng)外界激發(fā)作用增強(qiáng)到小信號(hào)增益系數(shù)超過(guò)閾值時(shí)，腔內(nèi)光強(qiáng)便會(huì)不斷增大。 但是腔內(nèi)的光強(qiáng)不會(huì)無(wú)限制地增加下去，因?yàn)楫?dāng)光強(qiáng)越強(qiáng)，消耗的反轉(zhuǎn)離子數(shù)便越多，由于激

2、活介質(zhì)的增益飽和作用而使增益系數(shù)下降。3）只要增益系數(shù)尚未降至閾值，上述過(guò)程便會(huì)繼續(xù)下去，即光強(qiáng)繼續(xù)增大，增益系數(shù)繼續(xù)下降。直至增益系數(shù)下降到閾值時(shí)，增益與損耗達(dá)到平衡，光強(qiáng)不再增大，這時(shí)的激光器建立起了穩(wěn)定的工作狀態(tài)。 因此，外界激發(fā)增強(qiáng)，激光器的輸出功率就會(huì)增大。但是，不管外界的激發(fā)是強(qiáng)還是弱，穩(wěn)態(tài)工作時(shí)激活介質(zhì)的增益系數(shù)總是等于閾值增益系數(shù) 如果外界的激發(fā)作用再增強(qiáng)，小信號(hào)增益系數(shù)又增大，腔內(nèi)光強(qiáng)必須增加到一個(gè)更高的水平才能使增益系數(shù)下降到閾值，并重新建立起新的穩(wěn)定工作狀態(tài)。 ( , ) (4 3 1)qq vG v I l 式中：q穩(wěn)定振蕩模式的頻率；Iq模式的穩(wěn)定光強(qiáng)。 本節(jié)分別討論

3、均與加寬激光器和非均勻加寬激光器在穩(wěn)定工作是墻內(nèi)的光強(qiáng)、輸出功率、諧振腔輸出鏡的最佳透射率以及最佳輸出功率等問(wèn)題。 一 、 均 勻 加 寬 激 光 器二 、 非 均 勻 加 寬 激 光 器 一 、 均 勻 加 寬 激 光 器 我們主要討論駐波型激光器，穩(wěn)定工作時(shí)，腔內(nèi)存在著沿腔內(nèi)存在著沿腔軸線方向傳播的光強(qiáng)I+與反方向傳播的光強(qiáng)I-(見(jiàn)下圖) 。 （ 一 ） 激 光 器 在 穩(wěn) 定 工 作 時(shí) 腔 內(nèi) 的 平 均 光 強(qiáng)1. 當(dāng)增益不太大時(shí)（小信號(hào)輸入時(shí)），I+=I-，腔內(nèi)平均光強(qiáng)為Iq= I+I- ，這兩個(gè)光強(qiáng)同時(shí)參與增益飽和作用。 2. 大信號(hào)輸入時(shí)，腔內(nèi)的平均光強(qiáng)為： 2 202( )

4、( )2 1 (4 3 3)( )2q H qv sHv v vI Iv 如果q=0，上式便可簡(jiǎn)化為 ：( 1) (4 3 4) qv sI I （ 二 ） 激 光 器 在 穩(wěn) 定 工 作 時(shí) 輸 出 功 率 設(shè)激光束的有效截面積為S,兩個(gè)反射鏡透過(guò)率分別為0和T，則激光器輸出功率為：1 (4 3 5)2 qv qP STI STI 將(4-3-3)與式（4-3-4）代入（4-3-5）式中，可分別得到振蕩頻率q=0與q0的輸出功率為： 0 1 ( 1) (4 3 6)2v sP STI 2 202( ) ( )1 2 1 (4 3 7)2 ( )2q H qv s Hv v vP STI v 如果用表示除輸出損耗以外的其它往返損耗率，則相應(yīng)的平均單程損耗率為：/2。再設(shè)諧振腔兩面反射的透過(guò)率分別是0和T。則TP2P1。另外，由圖4-3-4還可以定性的看出，激發(fā)參數(shù)a減小時(shí)，蘭姆凹陷變淺。