2022-2023学年高二物理竞赛习题:介质的色散(均匀加宽)(共12张PPT)

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2022-2023学年高二物理竞赛习题:介质的色散(均匀加宽)(共12张PPT)

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激光介质的色散(均匀加宽)
激光介质的色散(均匀加宽)
1、色散现象
介质的折射率随入射光的频率而变的现象。
2、色散关系式
3、色散曲线

0
增益系数为零时,折射率为常数,记为 。
频率牵引
1、定义
在实际激光器中,由于增益介质的色散,使纵模频率比无源腔纵模频率更向中心频率靠拢—频率牵引。
2、解释:
(2)当 时, ,则 ,即
(1)当 时, ,则 ,即
由于腔内增益介质的折射率对振荡频率存在色散,这种色散关系与激活介质的增益系数及增益曲线有关。

0

0
G
Gt

0
G
Gt
例1:CO2激光器谐振腔长L=0.8m,放电管直径d=20mm,输出镜透射率为T=0.04,其他往返损耗率
=0.04,求①腔内稳定光强。②输出功率。③最佳输出功率。(设只有 0一个模式,所须经验公式:
=1.4× 10-2/d 1/mm, Is=72/d2 W/mm2)
解:
= 0.04
例2:He-Ne激光器的谐振腔长L=1.5m,截面积S= 1 mm2,输出镜透过率为T=0.02,激活介质的多普勒线宽为 D=1000MHz, 饱和参数为Is=10 w/mm2,现将此激光器激活,激发参数 =4,求总输出功率。(所有模式都按中心频率计算)
解:
解:
例3:非均匀加宽气体激光器中,已知 =10 -4 (1/mm),总单程损耗率δ=0.02, 腔长L=0.5m,入射强光频率为 , 且光强达到稳定,求该光在增益曲线上所烧孔的深度 G。
纵模竞争的基本概念
满足振荡条件的激光纵模由于使用相同的反转粒子数而产生竞争。
纵模竞争的特点
1、均匀加宽
由于增益饱和效应,增益曲线随着光强的增加而不断下降,所有模式间竞争的最终结果是靠近中心频率处的模式取胜。
3、增益系数与反转粒子数的关系
证明:
(不考虑腔损耗)
∵ << 0, 可将分母中 → 0
:光在激光工作物质中的速度
4、小信号增益系数
(1)均匀加宽
证明:

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