单模激光器的线宽由那些因素决定..ppt

第 12 讲 • 单模激光器的线宽由那些因素决定 无源腔线宽 有源腔线宽 • 单模激光器的线宽极限 自发辐射对单模输出线宽的影响 单模激光器输出线宽极限的估算 •稳频激光器 兰姆凹陷 饱和吸收 • 习题课 5.5 单模激光器的线宽极限 单色性～时间相干性（频率特性）  多模激光器谱宽 单模激光器线宽 测量谱宽的方法：光谱仪 （分辨率：0.02nm－GHz）； 扫描干涉仪 （MHz） 自差拍 （KHz） 一、无源腔线宽－谐振腔模本征线宽 无源腔 (g=0－吸收与发射的光子数相等 ) 光在无源腔中的传播时的光强变化 举例：He-Ne 激光器 L=30cm，r1＝1，r2 ＝0.98 ………… •无源腔线宽由无源腔内的光子寿命决定 二、有源腔（激光谐振腔）线宽 （g > 0) 仅从光子寿命出发来讨论 ？ 受激辐射自发辐射＋＝ 损 耗 相干非相干  由于自发辐射存在，有源腔的净损耗不为0  自发辐射为非相干光，随机相位，导致相干辐射 的激光为略有衰减的有限波列  有源腔的线宽决定于净损耗 • 由于振荡过程中始终存在自发辐射，激光线宽不可能为0 有源腔线宽小于无源腔线宽 稳定振荡 2. 求 al , Nl 有源腔净损耗不为0， 这部分损耗是由自发 辐射补偿的 三、s 的估算 ( 四能级，单模， L＝ l） －分配该模式中的自发辐射几率 = 1. 求ds 代入 5.5.8 举例：He-Ne 632.8nm L=30cm T=0.02, P0=1mw c=1.6106 Hz s= 610-3 Hz n2t /n2t=1 Nl ,al 代入 (5-5-8) (5-5-3) 3.单模激光器的（理论）线宽极限 四、实际激光器输出激光的线宽 • 远远超出极限线宽许多量级 原因：温度及其它因素引起的频率漂移 氦氖激光器（玻壳）0.01oC  1MHz； 固体激光器  o 漂移 小结： 1) 单模激光器线宽极限的物理原因：自发辐射，噪声 2) s<0 同相 0 同相0 同相 反向 压电陶瓷  腔长q 拉回0  增益饱和 + 放置吸收管的谐振腔单程损耗 输出功率P~1曲线上形成反兰姆凹陷 频率稳定性: 10-11~10-12 频率复现性 10-11 632.8nm: 碘同位素蒸汽；3.39mm: 甲烷；1530.3718 nm ：乙炔 稳频系统 光 电 接 收 半导体激光器 F-P  F-P标准具稳频 P.162 4-13, 20 P.185 5-7, 10 P.242 7-2 微安表光源单色仪 红宝石棒 光电倍增管 电源 (1) 测量小信号中心频率吸收系数am 移开红宝石棒测 I1，放入红宝石棒测得 I2 减小入射光强使吸收系数最大，维持在此光强 微调单色仪鼓轮以改变入射波长，使吸收系数最大 (2) 计算红宝石的吸收截面，发射截面 (3) 计算荧光寿命 习题4-13 =a 光功率计 稳态 代入 其中 习题4-20 （3） 充混合气体 习题5 -7 (1) （d）要使混合气体增益曲线对称 多些 (2)增益线宽相等线宽小， Ne22多些？ 要使 需 A. 能否起振  l1=l2=l;  l1 > l2 B. 若入射光强 能否起振 l1=l2=l l1l2 gmam d’  l1=l2=l 任何频率模均不能振荡 不能起振 能振荡  l1 > l2有可能起振 若 均匀加宽 习题5-10 AB C l1l2 gmam d’ B. 若瞬时输入足够强光信号 能否起振 l1=l2=l 振荡条件 I1I2 的物理意义？ 腔内增益<吸收损耗 此时吸收饱和不够 吸收达到饱和，变为透 明；增益深度饱和 1 2 3 思考：  输入光强 变化，腔内光强如何变化?  腔内光强达到稳定后，减小输入光强?   l1l2 gmam d’ 。