1

WYKŁAD 4

2

Wzmocnienie. Zjawisko nasycenia. Rozkład mocy w przekroju poprzecznym (TEM).

układ przezroczysty

układ emituje

= 0

układ absorbuje

< 0

I0 I I0 I I0 I

cleII 0

> 0

m

nmm

nm

NNNW

dtdN

NNN

0

mnB

Nm

Nn

m

n

3

221

222

22

2

00

00

00

NWN

NNNW

dtNd

NNNW

NNdtd

NNNNNNN mmnmn

N

– czas relaksacji charakteryzujący opróżnianie poziomu wzbudzonego „spontanicznie” w sposób promienisty lub bezpromienisty

4

W stanie stacjonarnym

1221

221

2

221

00

000

0

WN

W

N

W

NN

NWN

dtNd

120

WN

N0

N

W

5

h

IW

BW mn

scm

JI 2natężenie promieniowania – strumień przez powierzchnię

1cm2 w czasie 1s– przekrój czynny

na absorpcję [1cm2]

2

12

00

hI

IIN

hIN

N

s

s

parametr nasycenia

216

22412

10

1010

cm

cm

w obszarze widzialnym

6

gdy

czyli

gdy 0021

221

2

0

0

NII

NNN

NN

NII

s

N

Ns

12 NN 04

12

043

1

NN

NN

2

1

h

I s średnia szybkość spontanicznej relaksacji

średnia szybkość absorpcji w

jednostkach h

7

216

6

1010

cms

222 4,0400

1,01,04

cmkW

cmW

cmW

Is

221cmkW

Is

Laser argonowy jonowy – 4W

8

Warunek nasycenia dla laserów pracujących w reżimie ciągłym i impulsowym

cw

hI s

2

impulsowy

hIF impss

2

9

Rozkład mocy w przekroju poprzecznym TEM (Transverse Electromagnetic Mode)

mody osiowe lub wzdłużne

Lq 2

Rozkład natężenia wzdłuż osi rezonatora

x

rozkładGaussa

y

x

y

zz=0

10

124

24

nmqL

qL

mody wzdłużne

mody poprzeczne

TEMi TEM

10

01

TEM 20

n=1

TEM 00

x

xy

y

m=0

s(x, y=0)n=0m=0

11

0II lII exp0

00II

0II

0

0 lII exp0

– współczynnik wzmocnienia

– współczynnik małych sygnałów

(small gain coefficient)

12

Gdy intensywność światła osiąga wartość stacjonarną – mówimy o laserach ciągłych. Ma to miejsce, gdy wzmocnienie jest równe stratom po dwukrotnym przejściu przez rezonator. Wartość ,

dla której G(2) = 1 nosi nazwę wartości progowej wzmocnienia (threshold gain)

lnRRII

G sn

nn

00

210

202 2exp

REGENERATIVE FEEDBACK – zjawisko wzmocnienia spowodowane wielokrotnymi odbiciami od zwierciadeł w rezonatorze optycznym