激光原理總結提綱

1、精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上激光原理與應用糾結版本復習大綱=。=第一章 輻射理論概要和激光產生的條件.原子自發(fā)輻射，受激吸收和受激輻射的三個過程：自發(fā)輻射 受激吸收 受激輻射自發(fā)輻射:高能級的原子自發(fā)地從(高能級E2)向低能級E1躍遷，同時放出能量為E=hv 的光子的現象稱為自發(fā)輻射。受激吸收：處于低能級E1的原子受到外來光子的刺激作用，（完全吸收）外來光子的能量而躍遷到高能級E2的過程稱。受激輻射：當受到外來能量為hv=E2-E1 的光照射時，高能級E2上的原子向低能級E1躍遷，同時發(fā)射一個與外來光子完全相同的光子的現象。.躍遷速率及躍遷幾率概念，自發(fā)輻射和受激輻射的異同躍遷速率：平均壽命的倒

2、數1/稱為躍遷速率,它表征躍遷過程的快慢速度。躍遷幾率：單位時間中躍遷的比率（發(fā)生輻射的李子樹密度占能級總粒子數密度的百分百），叫做躍遷幾率。它是一個有量綱的物理量,單位為秒-1。自發(fā)輻射各個原子所發(fā)的光向空間各個方向傳播，是非相干光。受激輻射的光子與外來光子有相容的相位關系，是相干光。.自發(fā)輻射（平均）壽命：原子數密度由起始值降至它的1/e的時間.愛因斯坦AB系數的關系： 愛因斯坦A系數： 愛因斯坦B系數： 關系：& .光譜線的展寬機制，均勻展寬和非均勻展寬的特點： 光譜線寬度：相對光強為最大值的一半處的頻率間隔& 自然增寬的線型函數（原子處在彼此孤立并且靜譜線寬度）碰撞增寬

3、的譜線線型函數（發(fā)光原子間的相互作用造成的）多普勒增寬的線型函數（原子運動速度不相同，接收的頻率各不相同）均勻展寬（自然增寬，碰撞增寬）每一粒子的發(fā)光對譜線的任一頻率都有貢獻。非均勻增寬（多普勒增寬）每一發(fā)光粒子所發(fā)的光只對譜線內的某些確定的頻率有貢獻。.激光形成的條件：有提供放大作用的增益介質作為激光工作物質，其激活粒子有適合于產生受激輻射的能級結構。有外界激勵源，使激光上下能級產生粒子數反轉。有增長介質工作長度，控制光束傳播方向和維持震蕩的光學諧振腔.激光的基本特性：單色性 (單頻性相干性，位相相同)， 準直性 (發(fā)散角小)， 高功率密度，定位精度高( 0.01mm) .激光器的基本組成部

4、分和各自的作用： 工作物質：實現粒子數反轉并產生光的受激輻射放大作用 泵浦源：實現并維持粒子數反轉的能源 光學諧振腔：形成光學反饋（持續(xù)震蕩）；選模第二章 激光器的工作原理.光學諧振腔穩(wěn)定條件：.三，四能級系統(tǒng)速率方程組的原理與建立方法，物理意義及應用意義。 n0、n1、n2分別為基態(tài)、上能級、下能級的粒子數密度 E2能級在單位時間內增加的粒子數密度為： E1能級上增加的粒子數密度為 ： 意義：增益介質中同時存在抽運，自發(fā)輻射和受激吸收，受激輻射諸多物理過程時，表示各能級粒子數密度變化規(guī)律。 .小信號粒子數密度反轉及增益系數概念： 在小訊號時粒子數密度反轉分布的表達式為： 增益系數G：標志著介

5、質受激放大能力的物理量。 對均勻增寬型介質 對非均勻增寬型介質.激光器穩(wěn)態(tài)工作時，均勻和非均勻加寬粒子數密度反轉飽和以及增益飽和的特點： 均勻增寬粒子數密度飽和 均勻增寬增益飽和 非均勻增寬粒子數密度飽和 非均勻增寬增益飽和.增益系數定義，增益閾值及激光形成的閾值條件：增益系數G：標志著介質受激放大能力的物理量。增益系數的下限值為增益系數的閾值，即為： 形成激光所要求的增益系數的條件為：.激光諧振腔內形成穩(wěn)定激光的過程（K）： （一） 腔內光強的放大過程 1. 由于自發(fā)輻射，在z=0處有一束強度為I1的入射光沿腔軸傳播，此時由于腔內光強很弱，則有： 2.又經過增益介質進行放大，再傳到M1時：

6、3. 光強在M1上一部分反射回腔內繼續(xù)放大，這部分為： 光強在M1上一部分作為激光器的輸出透射出去，這部分為： 其余部分作為鏡面損耗而損失了，這部分為： 總的鏡面損耗為： 此時腔內光的放大倍數為： （二） 腔內穩(wěn)定出光過程 隨著光強的增大，增益系數進一步減小，由增益的而增加的光能量僅能補償損耗而無剩余，輸出光強也不再改變，此時： 第三章 激光的輸出特性.自再現模的概念，積分方程及其解的物理意義： 自再現模：經一次往返后，唯一的變化是，鏡面上各點的場振幅按同樣的比例衰減，各點的相位發(fā)生同樣大小的滯后。這個穩(wěn)定的橫向場分布，就是激光諧振腔的自再現模自再現模積分方程： 解的物理意義：說明在某一給定開

7、腔中，可以存在許多不同的自再現模。本征函數表示在激光諧振腔中存在的穩(wěn)定的橫向廣場分布，成為激光橫模，m，n為橫模序數。其模代表任一鏡面上的光場振幅分布，其幅角代表鏡面上廣場的相位分布。本征值的模反映功率損耗，其幅角與總位移有關?！颈菊骱瘮档慕平狻?，, .高斯光束的傳播特性及其特征參數方程（方形鏡對稱共焦腔內外基模光場）：高斯光束的主要特征參量：振幅分布：束腰： 光束有效截面半徑：鏡面光束半徑： 波陣面曲率半徑：遠場發(fā)散角：高斯函數特征參數方程：.方形鏡對稱共焦腔內外基模光場：方形鏡組成的一般穩(wěn)定球面腔的諧振頻率：.一般穩(wěn)定腔與共焦腔的等價關系： 任一穩(wěn)定球面腔（R1，R2 ， L）等價于唯一

8、的一個對稱共焦腔f. 由穩(wěn)定球面腔的(R1，R2 ， L), 求出 ()及等價對稱共焦腔參數( f )為 .激光器的輸出功率 理想的情況，若激光光束的平均截面為A，則其輸出功率為： 部分反射鏡的透射率取最佳值，激光器得輸出功率為：1. 單頻激光器的輸出功率2. 多頻激光器的輸出功率 第四章 激光的基本技術.激光輸出的選模：（1） 單縱模的選?。?其透過光的頻率為最大透射率的兩相鄰頻率間隔：法布里-珀羅標準具法為兩個諧振腔的耦合，一個是由M1、M3組成，其腔長為L1+L2；另一個由M3、M4組成，其腔長為L2+L3 兩個諧振腔的縱模頻率間隔分別為： c/2(L1+L2)和c/2m(L2+L3)

9、三反射鏡法（2） 單橫模的選取（小孔光闌法）：高階橫模的光束截面比基橫模大，故減小增益介質的有效孔徑a，從而減小菲涅耳數N，就可以大大增加高階橫模的衍射損耗，以致將它們完全抑制掉。最簡單的辦法就是在腔內靠近反射鏡的地方放置一個光闌（用于增益較低的氣體激光器）。.激光的穩(wěn)頻（蘭姆凹陷法原理）：假如由于某種原因(例如溫度升高)使L伸長，引起激光頻率由偏至，與的位相正好反。假如由于某種原因(例如溫度降低)使L縮短，引起激光頻率由偏至，與的位相正好相反同。在中心頻率附近，不論是n小于還是大于，其結果都是使輸出功率P增加，而且此時DP將以頻率2f變化.高斯光束的變換： 高斯光束的短焦透鏡聚焦（Rf）：

10、入射光束的腰到透鏡的距離s等于透鏡焦距f的聚焦（s=f）：.激光調制技術（電光光強調制原理，條件）：縱向電光強度調制器的工作原理：電光調制的物理基礎是電光效應沿x和y方向震動的兩線偏振光產生相位差通過檢偏器的光強： 外加電壓為正弦（電壓幅值較小的時候）：.激光偏轉技術： 電光偏轉總光束偏轉角： 顯示平面上可分辨的光斑數目: 聲光偏轉總光束偏轉角： 式中ns為聲波的頻率，vs為聲波在器件中的傳播速率.激光調Q技術：調Q技術是將一般輸出的連續(xù)或脈沖激光能量壓縮到寬度極窄的脈沖中發(fā)射，從而使光源的峰值功率可提高幾個數量級的一種技術。 激光諧振腔的品質因數Q： 品質因子與諧振腔的單程總損耗的關系為：電

11、光調Q：Q開關“開”晶體不加電壓，往返晶體的線偏振光振動方向不變，激光震蕩 Q開關“關”晶體不加電壓，往返晶體的線偏振光振動方向相差90°，激光不能形成震蕩 聲光調Q：Q開關“開”沒有超聲波存在時，光束可自由通過聲光介質，產生激光震蕩 Q開關“關”有超聲波時，聲光戒指密度發(fā)生周期變化，光束偏轉，激光不能形成震蕩 燃料調Q：Q開關“開”光強到達一定程度，染料吸收飽和，成為透明煤質，產生激光巨脈沖 Q開關“關”光強很小時，燃料強吸收，上能級粒子數積累.激光鎖模技術：相鄰脈沖峰值間的時間間隔 脈沖寬度第五章 典型激光器.典型激光器：.典型激光器能級特點： 紅寶石激光器三能級系統(tǒng)：摻釹釔鋁石榴石激光器四能級系統(tǒng); HeNe激光器四能級系統(tǒng).半導體激光器： 半導體激光器工作的閾值條件：激光器產生激光的前提條件除了粒子數發(fā)生反轉還需要滿足閾值條件增益系數和粒子