[科普中国]-最佳耦合

耦合电路在复谐振、全谐振时的耦合，叫最佳耦合。这时次级回路的电流达到可能达到的最大值。其谐振曲线的峰值比l临界耦合时低一些，

若全谐振耦合电路初次级回路的品质因数相等(Q1=Q2)，则最佳耦合成为临界耦合。这时谐振曲线处在由单峰向双峰过渡的状态，因此顶部比较平坦，边缘比较陡，故滤波性能更好。1

复简谐在如图1所示互感耦合电路中，调节任一个回路的电抗(如调C1或C2)、电路之间的耦合(调M)，使次级回路电流达到可能达到的最大值，其最大值，这种让一个回路谐振并选择最佳耦合的调谐叫做复谐振。1

全谐振调节初次级回路的电抗(调C1和C2)，及初次级间的耦合(调M)，使次级回路电流达到可能达到的最大值，其最大值。这种将两回路都调谐到信号频率，而且选择了最佳耦合的调谐叫做全谐振。1

耦合电路两个或两个以上的回路构成一个网络时，其中某一电路中电流或电压发生变化，能影响到其它电路也发生类似变化。这种网络叫做耦合电路。实现耦合的条件是，电路彼此之间具有公共阻抗，通过这个公共阻抗将能量从一个回路传输到另一个回路。根据公共阻抗的性质不同分为：电阻耦合，电容耦合，电感耦合，互感耦合等多种耦合方式。如果初、次级都是由电感电容并联组成的振荡回路称为双调谐耦合电路；如果初、次级
只有一个回路是由电感电容组成的振荡回路，称为单调谐耦合电路。1

谐振在由电感和电容所组成的电路中，在外加激励源的作用下将激起振荡。调节电感或电容值，或改变激励源的频率可使得激励电压和电路电流同相。这个情况称为谐振。在谐振时，电路呈现一纯电阻，且振荡最强。1、

最佳耦合电路是在复谐振、全谐振时候的电路。

最佳耦合曲线电感耦合回路，耦合松了成双峰谐振曲线，耦合紧了成单峰窄频带谐振曲线，耦合适中才成最佳耦合谐振曲线，放大量和频带都比较合适，输出功率最大，中频放大器回路往往采用三级参差调谐效果最好。在无线电系统中，由整体到单机，由单机到元件，几乎随处都可以看到三极对立统一的客观存在。2

激光器的阈值和最佳耦合输出当外加激励的能源功率(光能源或电能源)超过某一临界值时，激光物质中的粒子数反转达到了一定程度，激光器才能克服光谐振腔内的损耗而产生激光，此临界值就称为激光器的阈值。阈值可以有能量阈值、功率阈值，电流阈值等名称。

当外加激励能源达到阈值时，单位体积内激光物质的高能级原子数与低能级原子数之差，称作阈值反转密度。

一般多能级系统的阈值密度要低些。例如：二能级系统的激光物质，很难达到粒子数反转；三能级系统的(如红宝石激光器)达到阈值时，所需要的高能级的原子数比四能级系统(如钕玻璃激光器，掺钕钇铝石榴石激光器等)达到阈值时所需要的高能级原子数高得多。图2表示了几种固体激光器的阈值反转密度的典型数据。

在实际使用中，外加激励源刚达到阈值时，虽有激光输出，但很弱，一般总是在高于阈值水平上工作。我们希望阈值越小越好，因为阈值小，所要求的外加激励的能源就小，激光器件本身发热就少，把其它能量转为光能的效率就高，容易产生连续振荡。在长距离通信中，中继器中所用激光器的远供电源也容易解决，这是具有重要意义的。

制作激光器要求有较大的激光功率输出。以两平行平面镜组成的谐振腔为例来说，就需要减小部分透射镜M2的反射率R2，以求射出M2反射镜的激光强些。但因，这样Q值就要减小，相当于腔内光损耗增大。当光损耗超过光的增益时，腔内激光振荡就会衰减到零，而停止振荡。所以在激光器的谐振腔中存在着最佳耦合输出的问题。也就是在两反射镜所组成的激光器中，部分反射镜M2的反射率R2有一个最佳值的选择问题，这可以在制作激光器时，通过实验来确定。3

光泵阈值和最佳耦合重复频率的脉冲器件一般是高增益、低反馈的器件，光泵阈值和最佳耦合要求不太严格。而连续固体器件一般是低增益、高反馈的器件，因而光泵阈值和最佳耦合的要求比一般脉冲器件的要求较严格。这也是连续固体器件和重复频率脉冲器件的一个差别。因此在激光器的设计上这一点应该分别考虑。对于重复频率脉冲器件，前面讨论过的脉冲器件设计原理，原则上都可适用，我们不再叙述了。这一节我们想着重于固体连续器件的特点，结合实例讨论其光泵阈值和最佳耦合问题，并导出用实验来判断激光材料优劣的方法和判据。

一般固体激光器的效率都是低的，高重复频率和连续器件也不例外。以优质钇铝石榴石晶体为例，它所能达到的总体效率也不过百分之二、三。氪弧灯的电光转换效能约40%，经聚光器反射又损失一部分，而在整个发光谱中只有一小部分被钇铝石榴石吸收，转化为我们所需要的荧光。从氪灯输入的电能转换为掺钕钇铝石榴石的1.064微米荧光的效能仅为5~6%。

没有激光共振腔时，被光泵抽运到起始能级3的粒子只有通过自发辐射回到能级2，所发出的荧光是杂乱无章的。如果有激光共振腔，在开始的瞬间，工作物发出的还是各个方向的荧光，不过其中沿激光腔轴进行的那一部分光子不易消失，被反射镜反射回来通过工作物质时，使部分起始能级粒子产生受激辐射，山受激辐射所产生光子的方向、频率和相位与原来的光子一样。增添的光子使原来这一类型的电磁场增强一些，受激辐射跃迁几率也相应增大一些，也就迫使更多高能级粒子产生受激辐射。这样就象滚雪球似的，使激光越来越强。激光增益是由高能态粒子反转数决定的，可以用下式表示：4

其中：

——吸收截面；

——棒长；

——粒子反转数。

本词条内容贡献者为:

胡建平 - 副教授 - 西北工业大学