第1页，共21页，星期日，2025年，2月5日§5.4脉冲激光器中的弛豫振荡(Relaxingoscillation,dampedoscillation)连续激光器－稳态速率方程－阈值条件、输出功率脉冲激光器－瞬态速率方程（难以获得解析解）一、尖峰脉冲形成的物理过程（DnNl的瞬态变化）第2页，共21页，星期日，2025年，2月5日泵浦激励使Dn增加的速率受激辐射使Dn减小的速率泵浦使Dn增加，受激辐射可忽略受激辐射使DnDntNl急剧下降，Dn?泵浦作用尚未停止，受激辐射减弱导致NP第3页，共21页，星期日，2025年，2月5日二、尖峰振荡过程的理论处理－求解非稳态速率方程（1）精确解：数值解法?（2）近似解：稳态基础上的一级微扰脉冲泵浦激励过程中，由于STE作用,使反转粒子数与光子数密度处于剧烈变化阶段，因此其输出表现出张弛振荡特点，形成多个尖峰脉冲泵浦激励越强，阻尼振荡频率越高，衰减越快。激光建立的过程都存在弛豫振荡过程。在定性解释方面可以相符；定量比较与实验结果不甚相符,原因是Dn和N并非只是在平衡值附近作微小起伏,而可能是呈现十分大的起伏或间歇振荡第4页，共21页，星期日，2025年，2月5日例:四能级激光器,单模n=n0,假设瞬态光子数和反转粒子数分别围绕相应的稳态值附近微小起伏变化N0,(Dn)0为稳态解均为小量设第5页，共21页，星期日，2025年，2月5日(1)求稳态值N0,Dn0（）=g=a=b(2)求含一级微扰的方程近似解（5.4.8）(5.4.7)第6页，共21页，星期日，2025年，2月5日(5.4.7),(5.4.8)再次求导后代入(5.4.7),(5.4.8)t0Dn’(t),DN’(t)均呈现阻尼振荡形式，并有相同阻尼周期衰减系数阻尼振荡频率(5.4.6)代入t=0Dn=Dnt的时刻W03??j?,w?多模:各模式振幅,j,w均不同,无规叠加,强度无规起伏第7页，共21页，星期日，2025年，2月5日在实际固体激光器振荡过程中，并非象微扰理论假设的那样。三、研究弛豫振荡的意义1.普遍意义:(a)激光振荡的建立都存在由非稳态向稳态过渡的弛豫过程。弛豫振荡反映了激光振荡过程的不稳定，具有普遍性。(b)即使连续激光器(稳态已建立)也难免有各种起伏和涨落即存在弛豫振荡,引起激光输出的不稳定－噪声?“预热”时间?激励突变，损耗突变会引起振荡不稳定时稳态第8页，共21页，星期日，2025年，2月5日注入调制电流有源层载流子密度有源层光子数密度稳态2.半导体激光器的直接调制（小信号调制）(P.321)(10.5.15)(10.5.16)PJ光通信系统中采用LD直接调制调制带宽受限于LD的弛豫振荡频率有源区载流子寿命光腔内光子寿命受激辐射因子第9页，共21页，星期日，2025年，2月5日忽略2?的高频项，可解得其中(10.5.21)(10.5.22)反映LD的调制特性?在低频端响应平坦;W=WR处有最大值?WR为弛豫振荡频率提高调制带宽的途径（思考？）第10页，共21页，星期日，2025年，2月5日3.利用弛豫振荡特性通过微波大信号(阶跃)调制获得超短脉冲－增益开关DFB激光器(Gain-switchedDFBlaser)工作原理：W03??j?,w?在DFB激光器上施加?调制信号，在大功率微波信号的调制作用下，将产生弛豫振荡，选择合适参数使弛豫振荡的第一个脉冲足够强,便可产生几十皮秒(ps)的超短光脉冲第11页，共21页，星期日，2025年，2月5日主门电路计数器距离显示晶体振荡器脉冲信号输入30MHz－5m75MHz－2m150MHz－1m（~6.67ns)4.弛豫振荡使激光能量分散在多个尖峰脉冲上，峰值功率低时间特性差，为获得单个巨脉冲，必须抑制弛豫振荡。脉冲峰值功率较低－几十kw量级,影响测距距离时间特性差：多脉冲输出影响