《激光原理》课件：4-3.ppt

1、4.3 发射截面与吸收截面发射截面与吸收截面第第4章章 介质对光的增益介质对光的增益一、光波的能流密度与能流一、光波的能流密度与能流Ih 1、能流密度（光强）、能流密度（光强）（1）定义：）定义：单位时间流过单位面积（垂直于单位时间流过单位面积（垂直于 波传播方向）的能量。波传播方向）的能量。（2）计算：）计算： ：光子数密度光子数密度, v：光波传播速度：光波传播速度（3）单位：）单位：J/m2 s或或W/m2证明：证明：Iwh w：能量密度能量密度4.3 发射截面与吸收截面发射截面与吸收截面第第4章章 介质对光的增益介质对光的增益SPh 2、能流（功率）、能流（功率）证：证：ISPhS （

2、1）定义：）定义：单位时间流过某块面积（垂直于波单位时间流过某块面积（垂直于波 传播方向）的能量。传播方向）的能量。（2）计算：）计算：（3）单位：）单位：J/s或或W4.3 发射截面与吸收截面发射截面与吸收截面第第4章章 介质对光的增益介质对光的增益 例例1：某光束在折射率为某光束在折射率为 =1.5的玻璃中传播，光子的玻璃中传播，光子数密度为数密度为1015m-3，光频率为，光频率为5 108MHz，求此光束的光，求此光束的光强。强。解：解：153414842I106.63 105 102 106.63 10/hWm 883 102 10/1.5cm s 4.3 发射截面与吸收截面发射截面

3、与吸收截面第第4章章 介质对光的增益介质对光的增益例例2 2：连续激光器稳定工作时，腔内光子数密度为连续激光器稳定工作时，腔内光子数密度为 =10=101515m m-3-3，腔横截面积为，腔横截面积为S=1mmS=1mm2 2，输出镜透过率，输出镜透过率T=0.05T=0.05，光波长为，光波长为 = =600nm, 600nm, 求腔内稳定光强和输求腔内稳定光强和输出光功率。出光功率。( (设激光介质折射率为设激光介质折射率为 =1.5 =1.5，输出光，输出光强是稳定光强的一半强是稳定光强的一半) )解：解：4610.5 6.63 10100.051.662PISTmW15348 242

4、9106.63 10(3 10 )6.63 10/600 101.5c cIhhW m 4.3 发射截面与吸收截面发射截面与吸收截面第第4章章 介质对光的增益介质对光的增益例例3：红宝石激光器发光粒子的密度为红宝石激光器发光粒子的密度为 = 1015m-3红宝红宝石棒的横截面积为石棒的横截面积为S=4mm2，输出镜透过率为，输出镜透过率为T=0.05，输出的光波为行波，求输出功率输出的光波为行波，求输出功率P（红宝石晶体的折射（红宝石晶体的折射率为率为 =1.6，光波长为，光波长为 =6943 ）。）。解：解：1PST2h 153414860.5 106.63 104.32 101.875 1

5、04 100.055mW 814103 104.32 106943 10cHz883 101.875 10/1.6m s4.3 发射截面与吸收截面发射截面与吸收截面第第4章章 介质对光的增益介质对光的增益2、计算公式、计算公式（1）均匀加宽）均匀加宽20322204mHAnG2223203222222220033444HHHAcS 20322234HS 3:激光上能级寿命激光上能级寿命 0:激光中心波长激光中心波长证：证：二、发射截面二、发射截面1、定义、定义0m32nGS3231A :激光介质折射率激光介质折射率4.3 发射截面与吸收截面发射截面与吸收截面第第4章章 介质对光的增益介质对光的

6、增益（2）非均匀加宽）非均匀加宽203223ln24iS 证：证：203220ln24miAnG2232322220032023ln2ln24 4 ln24iiiAcS 4.3 发射截面与吸收截面发射截面与吸收截面第第4章章 介质对光的增益介质对光的增益3、物理意义、物理意义 将发光粒子视为光源，所发光强为该粒子所在将发光粒子视为光源，所发光强为该粒子所在处的腔内光强，则此粒子的截面积即为发射截面。处的腔内光强，则此粒子的截面积即为发射截面。取厚度为取厚度为dz、截面积为、截面积为S的激光介质片，的激光介质片，则腔内光强的增量即为此片中发光粒子则腔内光强的增量即为此片中发光粒子所发的光。所发的

7、光。IndzSSInSdzSdI323232nSIdzdIGzz+dzzS32h4.3 发射截面与吸收截面发射截面与吸收截面第第4章章 介质对光的增益介质对光的增益三、吸收截面三、吸收截面1、吸收系数、吸收系数0m23nSIdzdI2、吸收截面、吸收截面（1）定义）定义:（2）计算）计算:3223SS（3）物理意义）物理意义 将吸收光的粒子视为光拦，其挡光面积为吸收截面。将吸收光的粒子视为光拦，其挡光面积为吸收截面。4.3 发射截面与吸收截面发射截面与吸收截面第第4章章 介质对光的增益介质对光的增益20212224HS 例例1：红宝石激光器在室温下线性函数为线宽等于红宝石激光器在室温下线性函数为线宽等于 =3.3105MHz的洛伦兹型，发射截面为的洛伦兹型，发射截面为S21=2.51020cm2，求红宝石的，求红宝石的E2能级寿命能级寿命2(06943， =1.76 ) 解：解：2102022222241121(6943 10)44 3.141.762.5 103.3 10HS s107843 .