激光、放大、超快：还要从“气体欧姆定律”说起？

土豆 · 发表于 2003-5-2 20:58:00

先看一段书吧：
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《气体激光》（下册）编写组 , 第80页，（超星下载）

  §6-3 普通二氧化碳激光器的工作特性和输出特性
(一)放电特性
实验表明，在其它条件为一定时，电场强度和气压之比近似地是一个恒定值a,
(a与放电管直径有关，管径粗的，a值较低)：
  a＝E/P = V/LP = 10～ 20 （伏/厘米*托）
式中V是管压降，E为平均电场强度，L是有效放电长度，P是总气压，

这意味着，长度和气压固定的激光器将有一个最佳放电电压降
(这里略去了电极区的电压降，近似地认为管内电场强度是各处均匀)。

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我觉得书中对这个问题的叙述有些模糊的地方，
其实对于某种气体，如果我们定义它在腔内的电阻率为ρ，
则类似于电学里的电阻R有：
R=ρL/DP
其中：L是有效放电长度，P是总气压，D是有效放电管径（a），

所以也应该有气体的欧姆定律：
V=IR =I（ρL/DP）
即：
放电电流I=V/（ρL/DP）=V*DP/ρL，

不过激光器的输出功率W并不总是与放电电流强度I成正比（线性）的，
当I超过“最佳放电电流强度”时，就会进入功率饱和区（非线性区），
这可能与“电离逃逸电子”数量过多，绕核电子（发光原子）数量下降有关？

《气体激光》（下册）中接着说到：
  “放电电流强度是否恰当对输出功率有很大影响，激光器工作时，
往往不必去准确测定放电电压降，但要求控制放电电流强度在适当的数值。
稳定输出功率的一个重要手段也是通过控制放电电流来达到的。
最佳放电电流强度与放电管直径、混合气体成分以及总气压有关。
粗的放电管其最佳放电电流强度比细的大，
差不多是维持放电电流密度在一定的数值。
例如，管径在50～90毫米时，最佳放电电流约30～50毫安，
管径50～90毫米时，放电电流提高到120～250毫安，
图6—13给出了放电电流与输出功率的关系，”

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我觉得引入“气体欧姆定律”后，就比较清楚了，
至少从电学的角度看是如此？这样也有利于知识的连贯性，
否则到处都是“隔行隔山”的事情，需要综合考虑时就困难了？
各学科之间应该是可以相互类比、映射、促进的关系，

所谓“最佳电压”和“最佳电流”就是通过气体欧姆定律来联系的？
由于原子发光直接与电子对原子（绕核电子）的碰撞相关，
所以只要考虑“最佳电流”就可以了？

对于“光泵”放大器的“最佳电流”就是“最佳工作点”的问题了，
“工作点”应该取在“电流-功率曲线”的线性区中点附近，
以减少在较强信号注入时的光放大失真度，

“超快激光”可能又有所不同了，
它可能是靠大电流激发内层电子跃迁解决饱和问题的，
比如靠着注入极窄光脉冲，在光腔内产生极大的自感击穿放电电流，
（从高Q跳变到低Q）
从而碰撞激发内层绕核电子（高电离能）产生“跃迁”，
释放出短暂、强烈的辐射能量，由于是靠强大自感电流产生的强功率光，
所以输出的强光功率越高，其输出脉冲宽度就越窄，无法连续输出强功率光？

而且因为是内层电子跃迁，
所以输出频率应该有变化，频率应该是变高了？
如果某层的所有电子都被电离（逃逸）了，
那就再激发下一层电子，发出频率更高的光脉冲，
如果只剩下原子核的话，那也要出现“功率饱和”的问题？

另外对于气体中的掺杂问题我想大概类似于半导体中的情况，
比如在氖气中加入一定的氦，管内电流I就可以显著上升，
估计是氦一旦被电离后，“离子俘获电位”（空穴电位）较高，
起到了强“空穴”对电子的加速作用？
估计如果加入的是氦离子（氦空穴？），
在低电压下就可以容易的获得高电流了？比如HE-NE离子激光器，
现在的“有机薄膜发光二极管”也有类似“空穴”加速层的机理，
而发光区域却不在通常的P空穴区，而是在它之前的有机导电区，
空穴区似乎是起到了一个微距离内的“微阳极”加速作用？

不知这些东东是否有些道理？是否符合实际操作的情况？还请各位指点，

tw · 发表于 2003-5-3 20:24:00

这个问题问的很好，值得推荐！
但是由于太长，得慢慢读完....
请稍后....

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