Pp Ppt
1
0 T 2
• 光泵浦激光器输出功率由超出Ppt的泵浦功率转换得到
• I的大小由超出gt的增益决定的
讨论1.输出功率~激励功率
太原理工大学
物( 理Pp与光电P工)程（学院固体激光器）
• 气体激光器 (放电激励－ 存在最佳放电电流 )
n
P
上能级
下能级
gm
1.4102
l d
jm
j
j
• 半导体激光器 (Semiconductor Laser)
§5.3 输出光功率与能量
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一、连续或长脉冲激光器的输出功率
腔内光强不均匀
•激活介质的光放大作用 •损耗系数不均匀分布 •驻波效应 •横向高斯分布
增益饱和效应出发估算稳态工作时的腔 内平均光强，并在此基础上给出粗略计算 输出功率的方法
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激光器稳定工作状态的建立
a)如果腔内某一振荡模式的频率为νq，开始时，由
于 g q, Iq gt，腔内光强Iq 逐渐增加。
b)同时，由于饱和效应，g q, Iq 将随Iνq的增加而减 少，但只要 g q, Iq 仍比gt大，这一过程将继续下去， 即继续Iνq增加， g q, Iq 不断减小，直到
g q , Iq
gt l
增益和损耗达到平衡，Iνq才不再增加。这时激光 器建立了稳定工作状态。
当外界激发作用增强时，小信号增益系数增大， 输出功太率随原之理上工升。大 学 物理与光电工程学院
1、均匀加宽单模激光器
T1=0
T1=T
T 1 I I 腔内平均光强 Iq I I 2I
I- I+
Tm 2gmla a
Pm
1 2
A
Is
2
2gml a
当T<<1 2 T + a a 往返指数净损耗因子
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讨论3 : 输出功率 ~ 工作物质长度 l P
讨论4
输出功率
~ 工作物质性质
P
1 2
I
sTA
gml
1
四 Is h 0 21 2 能
级 gm nW03 2 21
g q, Iq
g
0 H
q
1 Iq
l
Is q
激光器的输出功率为
Iq Is
q
g
0 H
q
l 1
I , I 同时参与饱和
0
P
ATI
1 2
I
s
(
q
)TA
g
0 H
q
l 1
0
P
1 2
I
sTA
gml
1
自行推导
当 Pp PPt ，P 随 Pp线性增加
P
A 0 S p
01Ppt
E0E3
E3E2
E2E1
E内
吸收泵浦能量激活粒子数受激辐射粒子数 腔内激光能量
EP
EP1 h P
ntV
EP1 h P
-
n2tV
A S
1 泵浦效率 V 体积
输出能量 ( E )
h
0
EP1 h P
-
n2tV
A S
EPt
h
PntV
1
A0 SP
T
T
a1EPt
EP EPt
-1
T
T
a
0
E
A0 SP
受激辐射功率
P
J
J th e
i
(10-5-10)
Pout
ln1 r L ln1
P
r P
半导体激光器的效率
D th J
i
eV
ln1 r L ln1
r(10-5-12)
Ith
I
i --载流子复合辐射几率； D-- LD效率 Pin JV
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• 均匀加宽: (固态激光器）必须由多模速率方程求Pout, 并作简化假设(各模损耗相等, 线型函数为矩形) 后可得 与(5-3-5) 相同的表达式
P
A0 Sp
01Ppt
Pp Ppt
1
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二、短脉冲激光器的输出能量 （t0<< s) 四能级系统为例 思路：输出能量 ～ 受激辐射光子数 ～ n2 ～ 吸收泵浦能量
说明:上述物理模型的缺陷 假设 T 1 I I
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2. 非均匀加宽单模激光器
q0时,I 和 I 分别在增益曲线烧两个孔,不是共同作用
gi q,Iq
gi0 q
1 I Is
l
I
Is
gi0 q
l
2
1
01vz c
I
01vz c
I
P
AIT
AIsT
gi0 q
l
2
1
q=0， I 和 I 同时在增益曲线上中心频率处烧一个孔
I
I 0
I 0
2I0
•要求熟知
P
AIT
1 2
A
IsT
gml
2
1
均匀加宽和非均匀加宽单模连续激光器输出功率和泵
浦功率、工作物质及谐振腔参数的关系。
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• 兰姆凹陷 (Lamb Dip) －单模输出功率P与频率ν的关系 什么是兰姆凹陷现象 兰姆凹陷形成的物理原因 兰姆凹陷的宽度、深度
01EPt
EP EPt
-1
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P
1 2
TAh
0
nW03
l
1
21 2
三 能
Is
h 0 2 21
1
2
W13
级
g
m
nW13 1/ 2
W13 1 2
21
W 03 , n, 21, 2 P
P
1 4
ATh0 W13
nl
1
2 21
1
2
nl
1
21 2
W13 , 21, 2, n P
三能级系统对W13有要求 w13 1 2 才能使 n0 0
讨论2 输出功率与反射镜透过率有关
• 最佳透过率 实验测定及计算 T
Pout
实验 Pp一定，改变T 测 Pout
gt I
Tm
计算 dP/dT=0 当＝ 0 ，T 1时
P
1 2
I
sTA
2 a
gml T
1
取微分
dP dT
AI
s
gml
a
a T
2
1 2
AI
s
dP dT 0
aT 2 2gmla
Lamb Dip
• P 烧孔面积 (表征对激光有贡献的反转粒子数)
• 兰姆凹陷宽度( 烧孔宽度~ L
H
1 I q Is
气压 碰撞加宽L 烧孔宽度 , 深度变浅
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3. 多模激光器的输出功率
非均匀加宽: q足够大, 不发生烧孔相连时, 用(5-310)及(5-3-12)计算每个纵模的输出功率, 总功率即为各 模输出之和。