饱和能量 Saturation energy

2022-10-27 11:20:40 浏览:212

定义

测量实现吸收体或增益介质显著饱和所需的入射光脉冲能量。

激光增益介质的饱和能量是入射短信号脉冲的脉冲能量,导致增益降低到其初始值的1/e(≈37%)。同样,可饱和吸收体的饱和能是根据损耗减少来定义的。

确切地说,所提到的增益或损耗降低是指脉冲之后的直接增益或损耗 , 而不是脉冲本身的平均增益或损耗。假设脉冲持续时间非常短(通常短于上状态寿命),以至于自发发射和泵浦源添加的能量(用于连续泵浦激光增益介质)都可以忽略不计。

通常,假设增益或损耗很小,即输入和输出脉冲能量相似。(在增益较大的情况下,量可能与输入或输出脉冲能量相关,从而导致不同的值。

图 1:脉冲放大后激光增益对入射脉冲能量的依赖性,相对于饱和能量。当脉冲能量等于饱和能量时,增益降低到初始值的≈37%。

饱和通量是每单位面积的饱和能量。

对于低增益激光放大器,饱和通量和能量可以根据以下公式计算:

其中 h ν 是信号波长处的光子能量,σ嗯和σ腹肌是发射波长处的发射和吸收横截面,A 是模式面积。数量σ腹肌对于四级增益介质为零(在激光跃迁上没有重吸收),但对于准三级激光增益介质,不应忘记。

当脉冲通过放大器介质的N次通过时,可以定义有效饱和能量,该饱和能量减去系数N。

这些量可以用类似的方式来定义可饱和吸收器。例如,通量等于饱和通量的脉冲将 SESAM 的饱和损失降低到其初始值的 1/e。

请注意,可饱和吸收器的饱和通量不取决于吸收层的厚度,除非厚度太大,以至于设备内的通量大大降低。

饱和能的重要性

饱和能量在激光物理和激光设计的各个领域都起着重要作用。下面是一些示例:

  • 它确定从放大器的增益介质中提取大部分存储能量所需的脉冲能量。某些具有低发射截面的介质的一个问题是饱和能量量高于损伤能量量,因此除非多次通过增益介质,否则不可能完全提取能量。
  • 饱和能量决定了增益与存储能量之间的关系:低增益四电平激光放大器的对数增益系数等于存储的能量除以饱和能量。
  • 从调Q激光器获得的脉冲能量不能比饱和能量高多少,除非增益非常高。特别是对于无源Q开关,饱和能量对脉冲能量和脉冲重复率有很强的影响。
  • 例如在锁模激光器中使用的可饱和吸收体的脉冲能量和饱和能量之比称为饱和参数。它决定了单个脉冲的饱和度,是被动锁模激光器最重要的设计参数之一。其值取决于吸收器的饱和通量和激光谐振器中吸收器上的模式面积。

基础光学

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