激形成的條件-激光原理及應(yīng)用-電子教案電子

1.5.1介質(zhì)中光的受激輻射放大1.要能形成激光，首先必須使介質(zhì)中的受激輻射大于受激吸收。圖1-19光在介質(zhì)中傳播的物理圖像2.光束在介質(zhì)中的傳播規(guī)律圖1-20光穿過厚度為dz介質(zhì)的情況如圖(1-20)，頻率為的準(zhǔn)單色光射向介質(zhì)，在介質(zhì)中z處取厚度為dz、截面為單位截面的一薄層，在dt時(shí)間內(nèi)由于介質(zhì)吸收而減少的光子數(shù)密度為：dt時(shí)間內(nèi)由于受激輻射增加的光子數(shù)密度為：1.5.1介質(zhì)中光的受激輻射放大為介質(zhì)中z處傳播著的光能密度，它與光強(qiáng)的關(guān)系為：dt為光經(jīng)過dz所需要的時(shí)間，存在如下關(guān)系：，并且有：則光穿過dz介質(zhì)后凈增加的光子數(shù)密度為：則光穿過dz介質(zhì)后光能密度的增加值為：解此微分方程得：上式即為光波穿過介質(zhì)時(shí)光強(qiáng)隨路程z的變化規(guī)律。1.5.1介質(zhì)中光的受激輻射放大3.介質(zhì)中產(chǎn)生受激光放大的條件、增益介質(zhì)與增益系數(shù)。介質(zhì)處于熱平衡狀態(tài)時(shí)上下能級(jí)粒子數(shù)的分布關(guān)系為：即，若令：則有：上式說明在一般情況下，介質(zhì)中吸收過程占主要地位，光波按指數(shù)規(guī)律衰減。且衰減的相對(duì)速率為A，代表光波在介質(zhì)中經(jīng)過單位長(zhǎng)度路程光強(qiáng)的相對(duì)衰減率的大小，也代表介質(zhì)對(duì)光波吸收能力的大小，將A稱為吸收系數(shù)。增益介質(zhì)：用外界能源將介質(zhì)造成粒子數(shù)密度反轉(zhuǎn)分布的狀態(tài)令式中G(增益的相對(duì)速率)代表光波在介質(zhì)中經(jīng)過單位長(zhǎng)度路程光強(qiáng)的相對(duì)增長(zhǎng)率，也代表介質(zhì)對(duì)光波放大能力的大小，將G稱為增益系數(shù)。則有：1.5.2光學(xué)諧振腔和閾值條件1.滿足了以上兩個(gè)條件后，還要采取什么措施使受激輻射成為增益介質(zhì)中的主要發(fā)光過程，而不是自發(fā)輻射？2.要使受激輻射幾率遠(yuǎn)大于自發(fā)輻射幾率即：而要滿足上式只有靠增大增益介質(zhì)中傳播的光能密度來實(shí)現(xiàn)，又：隨穿過增益介質(zhì)的路程z按指數(shù)規(guī)律增長(zhǎng)，z越大，也越大，即可以增加增益介質(zhì)的長(zhǎng)度L來增加。3.技術(shù)上不能把介質(zhì)做得無限長(zhǎng)，實(shí)現(xiàn)這一設(shè)想的措施是：采用光學(xué)諧振腔。如圖(1-21)所示這是一個(gè)簡(jiǎn)單的光學(xué)諧振腔——平行平面腔。圖1-21受激光在諧振腔中的放大4.光學(xué)諧振腔的作用；5