hole burning effect
简介
频率为vA的光入射到非均匀加宽工作物质时，引起反转布居数密度的频率分布曲线Δn (v)形成一个以vA为中心的凹陷的效应. 由于受激辐射几率与入射光强成正比，当光强足够大时，强烈的受激辐射将使反转布居数减少，这就是反转布居数的饱和现象. 在非均匀加宽工作物质中，每一种特定类型的粒子只能和某一特定频率的光相互作用，因此反转布居数密度△n按频率有一分布[图1中的△n0(v)].对于纯粹的非均匀加宽谱线来说，频率为vA的准单色光只能造成与频率vA对应的那部分粒子的饱和，但在实际的工作物质中，除了存在非均匀加宽因素外，还同时存在均匀加宽因素. 因此，实际上与频率vA相应的粒子发射的将是一条以vA为中心，宽度为△vH的均匀加宽谱线. 这一部分粒子的饱和行为可以用均匀加宽情况下得出的公式描述.当入射光强IvA足够大时，对中心频率v=vA的粒子而言，其反转布居数密度将按△n (vA)=△n0(vA)/1+IvA/Is饱和，因此图1中A点下降到A1点.其中△n0为小信号时的反转布居数密度，Is为饱和强度. 对于中心频率为vB的粒子，由于入射光频率vA偏离中心频率vB，所以引起的饱和效应较小，在图1中由B点下降到B1点. 对于中心频率为vC的粒子，由于
，所以饱和效应可以忽略，△n(vc)=△n0(vc). 由此可见，当频率为vA，强度为IvA的光入射时，将使中心频率大约在
范围内的粒子有饱和作用，从而在△n (v)曲线上形成一个以vA为中心的孔，这即是烧孔效应.
图1 非均匀加宽工作物质中反转布居数密度和频率的关系
由于Koppler频移效应，气体激光器中频率为vA的振荡模能在反转布居数密度曲线△n (v)上烧出两个孔，它们对称地分布在中心频率v0的两侧(图2). 其位置分别为vA ，vB，且满足vA-v0＝v0-vB.
如果振荡频率vA等于中心频率vo，△n (v)曲线上将只烧出一个“孔”，此“孔”位于vo的中心处，因此可以预期激光振荡在vo处的功率输出比在v0左右两边微偏调的频率处低. 这种功率的凹陷首先由Lamp预言，称为“Lamp凹陷”，它在气体激光器的稳频上得到了应用.
图2 气体激光器的烧孔效应