3-5-发射截面与吸收截面

3-5发射截面与吸收截面在这里，我们从另一角度分析信号的增益系数。在本章第二节中，已经得到信号的增益系数为：)723(),(8),(022320gvnAvvG若现定义发射截面为：)153(),(8),(020232032vvgvAvvS则有：)253(),(),(0320vvnSvvG发射截面其物理意义：将激光介质中每个发光离子视为小光源，所发光强即为该粒子所在处的光强，而发射截面就是此光源的横截面积。),(032vvS为了解释这一点，设想一厚度为dz的激光介质片，截面积为S，如下图所示。单位体积内可受激辐射的粒子数即反转粒子数密度Δn，而ΔnS32Sdz就是激光介质中的所有小光源总横截面积。设此介质片所在坐标为z，入射光强为I(z)，每个小光源所发光强即是I(z)。因此，从激光介质片出射的光强便从I(z)增至I(z)+dI(z)，而dI(z)为：)353()(32)(32)(zdzInSSzSdzInSzdI将上式代入增益系数定义得到（3-5-2），)253(),()()(),(0320vvnSdzzIzdIvvG从发射截面的定义式可以看出，它是频率ν的函数。如果发射的激光频率恰好等于激活介质的中心频率ν0，发射界面取最大值，对均匀加宽和非均匀加宽，其值分别为：)453(4),(8),(202232002023200HHHvvAvvgvAvvS)553(4ln2),(8),(D202/323200i2023200ivvAvvgvAvvS如果激光工作物质的反转粒子数密度小于零，此时激光介质不但没有放大作用，而且还会对入射激光产生吸收作用，使光强减弱。我们可以用类似增益系数的定义方法，来定义激光介质的吸收系数为：)653()()(dzzIzdI在这种介质中，由于光吸收作用，光强的变化规律应描述为：)753()(0zeIzI吸收系数的定义域增益系数的定义只差一个负号，故有：)853()0,(),(),(2300vvSvvnvv)853()0,(),(),(2300vvSvvnvv称吸收截面，当激光上下能级的简并度相等时。),(023vvS),(),(023032vvSvvS吸收截面的物理意义可描述为：将激光介质中每个吸收光强的粒子视为一个小光栅，他将入射到介质中的光挡掉，而吸收截面就是这个小光栏的横截面积。只不过，原来的小光源此时变成了小光栏，所有光栅的总横截面积为ΔnS23SΔz，入射光强为I(z)，出射时光强减至I(z)+dI(z)，其中dI(z)为：)()()(2323zdzInSzISSdznSzdI