《激光原理》課件：4-3

1、4.3 發(fā)射截面與吸收截面發(fā)射截面與吸收截面第第4章章 介質(zhì)對光的增益介質(zhì)對光的增益一、光波的能流密度與能流一、光波的能流密度與能流Ih 1、能流密度（光強(qiáng)）、能流密度（光強(qiáng)）（1）定義：）定義：單位時(shí)間流過單位面積（垂直于單位時(shí)間流過單位面積（垂直于 波傳播方向）的能量。波傳播方向）的能量。（2）計(jì)算：）計(jì)算： ：光子數(shù)密度光子數(shù)密度, v：光波傳播速度：光波傳播速度（3）單位：）單位：J/m2 s或或W/m2證明：證明：Iwh w：能量密度能量密度4.3 發(fā)射截面與吸收截面發(fā)射截面與吸收截面第第4章章 介質(zhì)對光的增益介質(zhì)對光的增益SPh 2、能流（功率）、能流（功率）證：證：ISPhS （

2、1）定義：）定義：單位時(shí)間流過某塊面積（垂直于波單位時(shí)間流過某塊面積（垂直于波 傳播方向）的能量。傳播方向）的能量。（2）計(jì)算：）計(jì)算：（3）單位：）單位：J/s或或W4.3 發(fā)射截面與吸收截面發(fā)射截面與吸收截面第第4章章 介質(zhì)對光的增益介質(zhì)對光的增益 例例1：某光束在折射率為某光束在折射率為 =1.5的玻璃中傳播，光子的玻璃中傳播，光子數(shù)密度為數(shù)密度為1015m-3，光頻率為，光頻率為5 108MHz，求此光束的光，求此光束的光強(qiáng)。強(qiáng)。解：解：153414842I106.63 105 102 106.63 10/hWm 883 102 10/1.5cm s 4.3 發(fā)射截面與吸收截面發(fā)射截面

3、與吸收截面第第4章章 介質(zhì)對光的增益介質(zhì)對光的增益例例2 2：連續(xù)激光器穩(wěn)定工作時(shí)，腔內(nèi)光子數(shù)密度為連續(xù)激光器穩(wěn)定工作時(shí)，腔內(nèi)光子數(shù)密度為 =10=101515m m-3-3，腔橫截面積為，腔橫截面積為S=1mmS=1mm2 2，輸出鏡透過率，輸出鏡透過率T=0.05T=0.05，光波長為，光波長為 = =600nm, 600nm, 求腔內(nèi)穩(wěn)定光強(qiáng)和輸求腔內(nèi)穩(wěn)定光強(qiáng)和輸出光功率。出光功率。( (設(shè)激光介質(zhì)折射率為設(shè)激光介質(zhì)折射率為 =1.5 =1.5，輸出光，輸出光強(qiáng)是穩(wěn)定光強(qiáng)的一半強(qiáng)是穩(wěn)定光強(qiáng)的一半) )解：解：4610.5 6.63 10100.051.662PISTmW15348 242

4、9106.63 10(3 10 )6.63 10/600 101.5c cIhhW m 4.3 發(fā)射截面與吸收截面發(fā)射截面與吸收截面第第4章章 介質(zhì)對光的增益介質(zhì)對光的增益例例3：紅寶石激光器發(fā)光粒子的密度為紅寶石激光器發(fā)光粒子的密度為 = 1015m-3紅寶紅寶石棒的橫截面積為石棒的橫截面積為S=4mm2，輸出鏡透過率為，輸出鏡透過率為T=0.05，輸出的光波為行波，求輸出功率輸出的光波為行波，求輸出功率P（紅寶石晶體的折射（紅寶石晶體的折射率為率為 =1.6，光波長為，光波長為 =6943 ）。）。解：解：1PST2h 153414860.5 106.63 104.32 101.875 1

5、04 100.055mW 814103 104.32 106943 10cHz883 101.875 10/1.6m s4.3 發(fā)射截面與吸收截面發(fā)射截面與吸收截面第第4章章 介質(zhì)對光的增益介質(zhì)對光的增益2、計(jì)算公式、計(jì)算公式（1）均勻加寬）均勻加寬20322204mHAnG2223203222222220033444HHHAcS 20322234HS 3:激光上能級壽命激光上能級壽命 0:激光中心波長激光中心波長證：證：二、發(fā)射截面二、發(fā)射截面1、定義、定義0m32nGS3231A :激光介質(zhì)折射率激光介質(zhì)折射率4.3 發(fā)射截面與吸收截面發(fā)射截面與吸收截面第第4章章 介質(zhì)對光的增益介質(zhì)對光的

6、增益（2）非均勻加寬）非均勻加寬203223ln24iS 證：證：203220ln24miAnG2232322220032023ln2ln24 4 ln24iiiAcS 4.3 發(fā)射截面與吸收截面發(fā)射截面與吸收截面第第4章章 介質(zhì)對光的增益介質(zhì)對光的增益3、物理意義、物理意義 將發(fā)光粒子視為光源，所發(fā)光強(qiáng)為該粒子所在將發(fā)光粒子視為光源，所發(fā)光強(qiáng)為該粒子所在處的腔內(nèi)光強(qiáng)，則此粒子的截面積即為發(fā)射截面。處的腔內(nèi)光強(qiáng)，則此粒子的截面積即為發(fā)射截面。取厚度為取厚度為dz、截面積為、截面積為S的激光介質(zhì)片，的激光介質(zhì)片，則腔內(nèi)光強(qiáng)的增量即為此片中發(fā)光粒子則腔內(nèi)光強(qiáng)的增量即為此片中發(fā)光粒子所發(fā)的光。所發(fā)的

7、光。IndzSSInSdzSdI323232nSIdzdIGzz+dzzS32h4.3 發(fā)射截面與吸收截面發(fā)射截面與吸收截面第第4章章 介質(zhì)對光的增益介質(zhì)對光的增益三、吸收截面三、吸收截面1、吸收系數(shù)、吸收系數(shù)0m23nSIdzdI2、吸收截面、吸收截面（1）定義）定義:（2）計(jì)算）計(jì)算:3223SS（3）物理意義）物理意義 將吸收光的粒子視為光攔，其擋光面積為吸收截面。將吸收光的粒子視為光攔，其擋光面積為吸收截面。4.3 發(fā)射截面與吸收截面發(fā)射截面與吸收截面第第4章章 介質(zhì)對光的增益介質(zhì)對光的增益20212224HS 例例1：紅寶石激光器在室溫下線性函數(shù)為線寬等于紅寶石激光器在室溫下線性函數(shù)為線寬等于 =3.3105MHz的洛倫茲型，發(fā)射截面為的洛倫茲型，發(fā)射截面為S21=2