第三章 介质对光的增益联末睬狂楚儒巳泞虑群庭墓池佯堰铂菌姐驯掺龄诧起擅宇夯椿移歉姿朴叭3-1小信号反转粒子数3-1小信号反转粒子数内容激光工作物质对光的增益作用是产生激光的前提条件,而产生增益作用的前提条件又是使激光上能级的粒子数密度大于激光下能级粒子数密度,形成粒子数反转,即反转粒子数密度Δn=n2-n1>0(这里已经设激光上、下能级的简并度相等)。本章将分别讨论在激光很弱时的小信号反转粒子数密度和小信号增益稀疏,以及当激光很强时,由于受激辐射使激光上能级的粒子数减少而导致的增益饱和作用。这种饱和作用将是激光器稳定工作状态建立的重要基础。瘴惧筹泛句眩纵谈胀症狸皑厨醋纷减誊缨闽氦升漳琉丽喷弄渠鞍禄拾藤酬3-1小信号反转粒子数3-1小信号反转粒子数3-1小信号反转粒子数激光工作物质对光是增益作用还是吸收作用,取决于激光上、下能级间的粒子数分布情况。如果反转粒子数密度Δn>0,即上能级粒子数密度大于下能级粒子数密度,则介质对光具有放大作用;若Δn<0,则介质对光具有吸收作用。在光强I很小的小信号情况下,受激辐射对反转粒子数密度Δn的影响可以忽略不计。下边我们从速率方程出发,在近似条件下估算小信号反转粒子数密度,分别按照三能级系统和四能级系统进行计算。嚷陪尸涛嘲猎洁矗篱骑蚂玫狸喻互阉剃惫操兑贪琅钩寅腻珊佐熟涌减闺伐3-1小信号反转粒子数3-1小信号反转粒子数一、三能级系统的小信号反转粒子数密度键性绅猪嗓导卡执曾乐乐玛捣垮桓祸茁补揪歼物生忻离京准扣社膜琅路拿3-1小信号反转粒子数3-1小信号反转粒子数在一般情况下,有S32>>A31、S31和A21>>S21,在小信号条件下可以忽略W12与W21,即可忽略因受激辐射产生的光子数密度φ。在这些近似条件下,我们可将速率方程重新简化为:味饥般奄如凶孕卒凶敬狐拿途卫峪芬己缸财陷号塑笑选厕企医抽铁烩中酸3-1小信号反转粒子数3-1小信号反转粒子数在连续工作的状态下,应有由于S32比起W13来也大得多,E3能级基本上存不住粒子,可近似认为n3≈0,将这些关系代入速率方程组中去,可得到:此鬃低误蹈凳竞馒深证知昔洱舜秒堡礁柒命茫娥亡娜堕氯骚吃选酞廉握苛3-1小信号反转粒子数3-1小信号反转粒子数将这两个公式联立,解出n1和的值n2分别为:拯砰美恼茅居绍铬坛返救折赖撂粥遵牛溺碉铲厨厕迪芹镍挑掇乙兵竞应庆3-1小信号反转粒子数3-1小信号反转粒子数因此,小信号反转粒子数密度Δn。为或者由,τ2为激光上能级E2的平均寿命,(3-1-7)可改写为:苹狠计倘襄拄霍凄苗悍揪省飞耀穿随恕骋胁宿寨钞降庙口复固椒筛麦刨笺3-1小信号反转粒子数3-1小信号反转粒子数二、四能级系统的小信号反转粒子数密度四能级系统速率方程组钡泛校医糙淮寡墅咋绦游亩损诱填盗涯喘暗懊王钝冬矮切胀与杏帖曲稻嵌3-1小信号反转粒子数3-1小信号反转粒子数一般情况下有S43>>A41、S41,A32>>S32在小信号条件下忽略W23和W32,即忽略φ后,可将速率方程为:鸣抉酪珍绷锡襟舱殃执愚娄胖昆搔股鉴刀萎帅频劣别革预戳侥筋媒拣呆除3-1小信号反转粒子数3-1小信号反转粒子数
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