激光原理及应用 陈鹤鸣 赵新彦
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思考：激光器设计中，“阈值条件”的意义是什么 ？
阈值条件
阈值增益系数
gain threshold
阈值反转粒子数
Population inversion threshold
阈值泵浦功率
Pump power threshold
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ggG000((()))
ggGgtttt00001001
00q1
00q1 01q1
0000qq01q
0000qq1101q10000qq 22
01q1 01q
01q 1
思考：图中有几个模式可以起振 ？
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讨论：增益曲线如何变化 ？
激光上能级粒子
数随时间增长，
抽运结束瞬间达
到最大值。
t
结论： 各能级粒子数及腔内光子数处于
剧烈变化中，系统处于非稳定态
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6.1.2. 连续激光器与长脉冲激光器
W12 (t)
W12
t0 2
0
N2 (t)
N2 (t0 )
0 2 2 t t0
第六章 激光器的工作特性
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§6.1 连续与脉冲工作方式
脉冲激光器 Pulsed laser:PL 连续激光器Continuous Wave Laser:CWL
连续激光器 准连续激光器（长脉冲激光器）
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1. 脉冲激光器 (Pulsed laser:PL)
具有较大输出功率，适合于激光打标、切割、测距等
常见脉冲激光器：钇铝石榴石（YAG） 激光器、红宝石激光器、
钕玻璃激光器、 氮分子激光器、准分子激光器等
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2. 连续激光器 (Continuous Wave Laser:CWL)
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6.2.1 阈值增益系数 gain threshold
光在无源腔内往返一周后的光强（不考虑增益）：
I1 I0e2 —— Loss factor
光在有源腔内往返一周后的光强（不考虑损耗）：
I1 I0e2G0l G0—— Gain coefficient
光在谐振腔内往返一周后的光强（考虑损耗与增益）：
t0
t 当时间增大到
2 t t0 时，
n2(t ) 完成增长过
程而达到稳定值，
t0
t 保持为常数。
结论： 各能级粒子数及腔内光子数处于稳定状态
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，dn dt 0 dN dt 0 i 激光原理及应用 陈鹤鸣 赵新彦
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§6.2 激光器的振荡阈值
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Step 132
Gg
0 0
((
))
G(00q ) Gt00
Ggtt0000
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00q1
0000qq 0000qq11 00q2 00q
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讨论：激光器稳定振荡时的特点 ？
g
g0
0
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g gt
增益与损耗达到动态平衡， 光强饱和，维持稳定振荡
dn2 dt
(
1 2
W13
)n2
1nW13
2
1 A21
S21
—— E2 能级寿命
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n 激光上能级粒子数 2 随时间的变化：
0 t t0 :
n2
(t
)
1W13n
1 2
W13
[1
e
(
1 2
1W13
)t
]
t t0 : W13 0
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增益系数和反转粒子数间的关系：
g( ) n 21( , 0 )
n
g( ) 21( , 0 )
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思考：激光上能级粒子数 n2 随时间如何变化 ？
例：粒子数密度为 的n红宝石被矩形脉冲激励光照射，
其激励几率： W13 (t ) W013
0 t t0 t t0
W13 (t ) W13
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0 t 激光原理及应用 陈鹤0鸣 赵新彦
t
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n3 0,
I(z) Im
z
I0 0
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z
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6.2.2 阈值反转粒子数密度 Population inversion threshold
EEEE2222
n2222 n2 n1
EEEE1111
nn1111
n n2 n1
nt ?
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输出功率一般都比较低，适合于要求激光连续工作 （激光通信、激光手术等）的场合
以连续光源激励的固体激光器和以连续电激励方式 工作的气体激光器及半导体激光器，均属此类
3. 准连续激光器(Quasi-continuous-wave :QCW)
2020/9泵/17浦功率有很短时激间光原间理及隔应的用 陈关鹤鸣断赵以新彦减小热影响。
dn3 0 dt
dn3 dt
n1W13 n3 (S32 A31 S31 )
n1 n2 n3 n
n3 S32 1(n n2 )W13
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dn2 dt
n1W12
n2W21
n2 ( A21
S21 ) n3 S32
n3 S32 1(n n2 )W13
(t t0 )
n2 (t ) n2 (t0 )e 2
n2 (t )
n2 (t0 )
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0 激光原理及应用 陈鹤鸣 赵新彦
t0
8t
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6.1.1. 脉冲激光器
W12 (t)
W12
t0 2
0 t0
N2 (t)
N2 (t0 )
0 t0
T T t0 T T t0
t
整个抽运期间，
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I e2(G0l ) 0பைடு நூலகம்
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起振条件：
I1 I0
2(G0l ) 0
G0
l
阈值增益系数：
Gt l
讨论：影响阈值增益系数的因素有哪些 ？
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不同纵模的 相同，故具有相同的G；t 不同横模的 不同，故G不t 同（高阶横模 较 大， 也G较t 大）