光电子技术(2)(激光器件)
更新时间:2023-08-18 10:50:01 阅读量: 资格考试认证 文档下载
光电子技术(2)(激光器件)
光电子技术 精品课程
1 固体激光器基本 特性
光电子技术(2)(激光器件) 光电子技术(2)(激光器件)
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固体激光器1960-5-17,Ted Maiman 发明第一台激光器 ,
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固体激光器第一台红宝石激光器的拆卸图
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固体激光器特点运行方式多样:CW,PW,QCW,调Q, 锁模,高平均功率,高重复率,高单脉冲 能量及高峰值功率。 谱线多,达数千条,分布于可见到近红外 区,通过频率变换技术可到紫外区 系统简单,制造容易,传输灵活,可接光 纤 结构紧凑,牢固耐用,价格适宜4
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1.固体激光器基本特性 1.固体激光器基本特性1.固体激光器基本特性1.1固体激光器的基本结构和能量转换 1.2固体激光器的阈值 1.3输出能量(功率)、效率和最佳透过率 1.4输出稳定性、光谱特性、偏振特性和方向性
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1.1固体激光器的基本结构及能量转换 1.1固体激光器的基本结构及能量转换 激光器组成
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固体激光器基本结构
1. 激光工作 物质 2. 泵浦源 3. 聚光腔 4. 谐振腔 5. 冷却与滤 光7
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固体激光器的能量转换
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量子效率E3S32
E3S32
A31
W13A21 B12 B21
E2
A30
W03
E2 A21 B12 B21 E1 E0b) 四能级
E1a) 三能级
亚稳态发射的荧光光子数 量子效率η0 = = η1 iη2 工作物质从光泵吸收的光子数
S32 三能级η1 = S32 +A 31
S32 四能级η1 = S32 +A 30 +A 31优质红宝石: 0.7 钕玻璃: 0.49
A21 η2 = A21 + S21
普通红宝石: 0.5 YAG: ~1
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斯托克斯损失或斯托克斯比E3S32
E3S32
A31
W13A21 B12 B21
E2
A30
W03
E2 A21 B12 B21 E1 E0b) 四能级
E1a) 三能级
ν0 νp
ν 0 , 激光频率 ν p , 泵浦光频率10
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输出耦合系数
T T +βT,输出镜透射率
β,谐振腔往返损耗率11
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1.2固体激光器的阈值 1.2固体激光器的阈值黑体辐射
8πν 2 hν 单色辐射密度:ρ ν)= 3 hν ( c e kT 1 2898 维恩位移定律:λm ( m ) = T( ) K
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黑体辐射
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波耳兹曼分布N2 ( E2 E1 ) = exp( ) N1 kTE2 A21 E1 B12 B21
例如:红宝石
λ ≈ 0.69 mh = 6.6 ×1034 J i s E 2 E1 = hν = 2.86 ×1019 J k = 1.38 ×1023 J i K 室温T = 300 K 300T ik = hc / 50 m N2 N1 ≈e 50 0.69
≈ 1032
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波耳兹曼分布能级简并:
N1 = g1 N
' 1
N 2 = g 2 N 2' N 2 g 2 N 2' g2 ( E2 E1 ) = = exp ' N1 g1 N1 g1 kT
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爱因斯坦系数E2 A21 E1 B12 B21
N 2 + N1 = Ntot E2 E1 = hv21N 2 = N 2 A21 t N 2 ( t ) = N 0 e A21t = N 0 e t
τ 21
自发辐射系数A 21 自发辐射寿命τ 21= A - 1 21 受激辐射系数B21 N 2 =-B21 ρ ν 21 N2 ( ) t 受激吸收系数B12 N1 =-B12 ρ ν 21 N1 ( ) t16
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爱因斯坦系数N 2 N1 热平衡: = =0 t t N 2 A21 + N 2 ρ (ν 21 ) B21 = N1 ρ (ν 21 ) B12 8πν 2 hν 21 c3 ρ ν 21 ( )= hν = e kT 1 ( g1 8πν 2 hν A21 = B21 c3 g1 B21 = B12 g217
A21 g2 )( B12 B21
) exp(hν 21
B21
kT
) 1
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固体激光器
的损耗
透射损耗(T) 工作物质的吸收,散射(αi) 其它元件的反射、吸收、散射及衍射 损耗( αa) 损耗系数α= αi +αa
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固体激光器的损耗100% I0 工作物质 R
I’ l I0 I' I0 I0 Re2αl = =1Re2αl 总往返损耗 δgb = I0 I0 率:
无透射损耗率:
β =1-e
-2α l
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固体激光器的损耗100% I0 工作物质 R
I’ l
R = 1 T
β = 1 e δ gb = 1 (1 t )(1 β ) = T + β T β2α l
δ gb T + β
//对于某些情况,Tβ可忽略 对于某些情况, 可忽略 对于某些情况
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固体激光器的阈值100% I0 工作物质 R
I’ l
I ' = I 0 Re阈值条件: 阈值条件:
2 ( g α ) l
Re21
2 ( g α ) l
=1
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