·定义：增益系数G (gain coefficient)
dIG =Idx
即 单位长度上光强增加的比例。 ·对上式积分有
I = I0 eGx 此式反映了光放大作用，可以证明： 如要求G > 0， 则必须有 N2 > N1
2.考虑激光在两端反射镜处的损耗
R1
I0 I2 L I1 激光输出
部分反射
R2
全反射 ·R1、R2 —左、右两端反射镜的反射率 I0—激光从左反射镜出发时的光强 I1—经工作物质后，被右反射镜反射后出 发时的光强
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I2—再经过工作物质，并被左反射镜反射 后出发时的光强 ·显然有 I 1 = R 2( I 0 eGL) I 2 = R 1( I 1 eGL ) = R 1 R 2 I 0 e2GL ·要形成激光 I2 / I0 > 1 要有稳定的激光 I2 / I0 = 1 故要产生稳定的激光，须I2 / I0 ? 1 R1 R2 e2GL? 1
--- 阈值条件(threshold condition) 满足阈值条件，才会有实际的光放大
1 1
G ? ln( ) = Gm
R1R2 2L
式中 Gm—称阈值增益， 即产生激光的最小增益。
1 1
Gm = ln( )
三、光学谐振腔的作用 (optical harmonic oscillator) 2L R1R2
或
·两个反射镜之间的范围称作光学谐振腔。
R1
激励能源 ? 12 R2 激光输出
·光学谐振腔的作用： 1.控制光束传播方向
使激光具有极好的方向性(沿轴线) 2.延长了工作物质(增强光放大作用) 3.选频作用(使激光具有极好的单色性) (1)利用阈值条件选频 由 R1 R2 e2GL? 1
在反射镜上镀膜时，对于所需波长，使其 反射率(在允许范围内)尽可能大。
·如氦氖激光器只让波长0.6328?m的光输
出，可以控制R1、R2的大小： 对0.6328?m —让R1、R2大；
对1.15 ?m 、3.39?m —让R1、R2
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小(不易满足阈值条件)。
(2)利用驻波频率间隔选频法
· 由于原子本身的性
质以及原子运动的 多普勒效应和原子 间的碰撞，使得原
I(?) I(?0) 谱线宽度 ?? o
?0
?
子发出的谱线都不是单色的，而是有一定的(甚至相当的)频率宽度，称作谱线宽度。
例如：对Ne原子的 ?=6000 ?的谱线
在T=300K时，由多普勒效应造成的频率宽度即达 ??D=1370 MHz
·利用驻波的概念，可在此谱线宽度内选出某些(某一)个所需要的频率。
·由于光来回反射，在谐振腔内形成驻波， 两反射镜处必是波节， 光程
nL = k( ) 2
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?k
( k=1, 2, 3, …)
?k——真空中的波长
· 可以存在的稳定驻波
的频率
K = 1
K = 2
?k = c/?k
= k(c/2nL) ·相邻两驻波频率的间隔为
L K = 3
c??k =
2nL
数量级估计：
Ｌ～1m；n～1.0；c～3×108 m?s ??k = c / 2nL = 3?108 / 2?1?1 = 1.5?108 Hz ·而氦氖激光器0.6328?m谱线的宽度为 ??D=1.3×109 Hz =1300 MHz
因此，在??D区间中，可以存在的驻波频 率个数为
N=??D/??k = 1.3?109/1.5?108 ? 8
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