激光动力学 Laser dynamics

2022-11-11 11:28:26 浏览:200

定义

激光器中光功率和增益等量的时间演变。

激光的动态行为由腔内光场与增益介质的相互作用决定。 从本质上讲,腔内激光功率可以根据增益和谐振器损耗之间的差异呈指数增长或衰减,而增益的变化率由受激发和自发发射(以及可能由其他效应,如淬火和能量转移)决定。

对于某些近似值,包括不太高的激光增益,连续波激光器中腔内光功率P和增益系数g的动力学可以用以下耦合微分方程来描述:

哪里TR为型腔往返时间,l型腔损耗,g党卫军小信号增益(对于给定的泵强度),τg增益弛豫时间(通常接近上状态寿命),以及E坐增益介质的饱和能量。

在连续波激光器的情况下,特别感兴趣的动态方面是接通行为(通常包括输出功率的尖峰)及其对操作期间干扰的反应(通常导致松弛振荡)。 在这些方面,不同类型的激光器表现出非常不同的行为。 例如,掺杂绝缘体激光器表现出强烈的尖峰和松弛振荡趋势,而对于激光二极管则不是这种情况。 动态方面在调Q激光器中尤为重要,其中存储在增益介质中的能量在脉冲发射期间会发生很大变化。 调Q光纤激光器通常具有高激光增益,可以表现出额外的动态现象。 这可能导致脉冲的时间子结构,这不能用上面给出的方程来解释。

类似的方程可用于被动锁模激光器[1];第一个方程中出现了一个附加项,它描述了可饱和吸收器的损耗。 这样做的效果通常是减少松弛振荡的阻尼。 弛豫振荡甚至可能变得无阻尼,因此稳态解变得不稳定,并且激光器表现出Q开关模式锁定或其他类型的Q开关不稳定。

在基于激光放大的光放大器中,信号功率和增益可以存在类似的相互作用。 在再生放大器的情况下,相似性最强。

参考文献

[1] A. Schlatter et al., “Pulse-energy dynamics of passively mode-locked solid-state lasers above the Q-switching threshold”, J. Opt. Soc. Am. B 21 (8), 1469 (2004), doi:10.1364/JOSAB.21.001469
[2] O. Svelto, Principles of Lasers, Plenum Press, New York (1998)
[3] A. E. Siegman, Lasers, University Science Books, Mill Valley, CA (1986)

激光物理

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