激光的三能级系统单模激光器速率方程

文章出处: 文章类型:原创人气：发表时间：2022-02-24 14:36:11

激光器的速率方程是从光子(量子化辐射场)与物质原子的相互作用出发,用量子理论的简化形式来描述激光器特性的一种理论方法。这种方法最大优点是可以上分简单、明了地给出与激光强度有关的激光特性,但是,由于它忽略了光子的相位特性和光子数的起伏特性,所以不能揭示色散(频率牵引)的本质,对于激光器中的烧孔效应、兰姆凹陷、多模竟争等,只能给出粗略的激光器速率方程是表征激光器腔内光子数和工作物质内与产生激光有关各能级上的粒子近似描述。数随时间变化的微分方程组。虽然,不同激光器工作物质的能级结构和跃迁特性很不相同且很复杂,但通常可以归纳为三能级和四能级系统。本文首先讨于论三能级系统的单模激光器速率方程。其典型例子为红宝石晶体和掺饵石英光纤能级系统单模速率方程。

参与产生激光的有三个能级:抽|4x|5运高能级E3、激光上能级E2(也称亚稳态能级)和激光下能级E1(基态能级)。粒子在这些能级间的跃迁过程简述如下。

①在激励能源的作用下,基态E1上的粒子被抽运到E3能级,抽运几率为W13,采用光激励方式,则W即为受激吸收跃迁几率。

②抽运到E3能级的粒子数n3将以无辐射跃迁的形式极为迅速地转移到E2能级,其几率为Sx。另外也有极小部分E3能级上的粒子分别以自发辐射和无辐射跃迁方式返回基态,其几率分别为A3和S3,但对于一股激光工作物质来说,有S3<Sn,A31<S32。

③激光的上能级E2一般为亚稳态,能级寿命较长。能级2上的粒子通过四个途径返回基态:自发辐射(几率A)、受激辐射(几率W2),受激吸收(几率W12)和无辐射跃迁(几率S12)般情况下A2>S2,若抽运速率足够高,才有可能在E2和E1能级间实现粒子数反转(即n2>2an1),则两能级间的受激辐射和受激吸收(W21和W2)占绝对优势。

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