激光的形成过程和模式的数值模拟(3)

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这一阶段激光器内发生的主要变化，就是电路系统和泵浦灯对激光器内提供能量，让工作物质原子的能级升高，达到可以产生激光的粒子数反转的状态。也就说激光中的能量都是泵浦光供给的。

2.4.2弛豫振荡

形成粒子数反转后激光产生，在E2能级上的电子数量会急剧减少，这个速率会远大于泵浦将原子由基态抽运到高能态的速率。这样粒子数反转的状态就会被破坏，当高能态原子数目减小到一定的值后，激光停止产生。这时泵浦的抽运作用开始明显起来，继续形成粒子数反转的状态，从而再次辐射出激光。这就是弛豫振荡的过程。图3为激光器此时输出激光的特点[1]

图3脉冲激光器输出的尖峰结构

图4腔内光子数和粒子反转数随时间的变化

值得注意的是，每个尖峰脉冲是在阈值附近产生，此时增加泵浦的能量也不会提高峰值的功率，只能增加尖峰的数目。因为高能粒子数是固定的，增加泵浦功率只能增加抽运速率，不能增加单位时间内高能级的粒子数目，所以激光的峰值功率不会增加。而每个激光产生脉冲的宽度会变窄，从而提高了到达粒子数反转状态的时间，所以尖峰更密了。