激光原理考點總結(jié)

本文格式為Word版，下載可任意編輯——激光原理考點總結(jié)對了課本兩遍，基本覆蓋所有考點，部分小四字體重在輔助理解。有填空、名詞解釋、計算、簡答。計算題四個中出三個。↖(^ω^)↗

第一章

1、光的基本性質(zhì)：波粒二象性；波動性（電磁波），粒子性（光子流）。

2、光與物質(zhì)的相互作用有：自發(fā)輻射、受激輻射、受激吸收。普通光源中（自發(fā)輻射）占主要；激光器中（受激輻射）占主要。3、簡答：自發(fā)輻射、受激輻射、受激吸收之間關(guān)系：

A21n2dt+B21n2ρvdt=B12n1ρvdt

在光和大量原子系統(tǒng)的相互作用中，三者是同時發(fā)生的。在單位體積中，在dt時間內(nèi)，由高能級E2通過自發(fā)輻射和受激輻射而躍遷到低能級E1的原子數(shù)，應(yīng)等于低能級E1吸收光子而躍遷到高能級E2的原子數(shù)。

4、光譜的（線型）和（寬度）與光的（時間相干性）直接相關(guān)。自然增寬的線型函數(shù)：fN(v)=A/(4π2(v-v0)2+(1/2τ)2)

fN(v)表示在頻率v附近單位頻率間隔的相對光強(qiáng)隨頻率的分布。A為比例常數(shù)。所得譜線的自然增寬是由于作為電偶極子對待的原子做衰減振動而造成的譜線增寬。

5、（名詞解釋）光的多普勒效應(yīng)：隨著光源和接收器的相對運動而發(fā)生光源的頻率發(fā)生改變（頻移）稱為多普勒效應(yīng)。運動對向接受體頻率增高，背向接受體頻率降低。6、（名詞解釋）均勻增寬與非均勻增寬：均勻增寬：自然增寬和碰撞增寬中每一個原子所發(fā)的光對譜線內(nèi)任一頻率都有貢獻(xiàn)，而且這個貢獻(xiàn)對每個原子都是等同的，這種增寬為均勻增寬。

非均勻增寬：不同粒子對譜線不同頻率部分的貢獻(xiàn)不同,即可分辯譜線線型哪一頻帶是由哪些特定粒子發(fā)射的(∵熱運動速度矢量一致的粒子引起的頻移一致)

7、（簡答）實現(xiàn)光的放大的條件：

1）需要一個鼓舞能源，用于把介質(zhì)的粒子不斷地由低能級抽送到高能級上去；

2）需要適合的發(fā)光介質(zhì)（激光工作物質(zhì)），它能在鼓舞能源的作用下形成n2/g2>n1/g1的粒子數(shù)密度反成分布狀態(tài)。8、（簡答）產(chǎn)生激光的條件：

1）有提供放大作用的增益介質(zhì)作為激光工作物質(zhì)，其激活粒子（原子、分子或離子）有適合于產(chǎn)生受激輻射的能級結(jié)構(gòu)；

2）有外界鼓舞源，將下能級的粒子抽運到上能級，使激光上下能級之間產(chǎn)生粒子數(shù)反轉(zhuǎn)；

3）有光學(xué)諧振腔，增長激光介質(zhì)的工作長度，控制光束的傳播方向，選擇被放大的受激輻射光頻率以提高單色性。

9、計算：已知氫原子第一激發(fā)態(tài)E2與基態(tài)E1之間能量差為1.64*10-18J,火焰(T=2700K)中含有1020個氫原子。設(shè)原子按玻爾茲曼分布，且4g1=g2，求：（1）能級E2上的原子數(shù)n2為多少；（2）設(shè)火源中每秒發(fā)射的光子數(shù)為108n2，求光的功率為多少瓦。

?n2?g1n21.64?10?18kT答：（1）?e??4?exp[?]?3.11?10?19?23n1?g2n11.38?10?2700h?且n1?n2?10可求出n2?31

（2）功率＝10?31?1.64?108?1820?5.084?10?9W

其次章

1、（名詞解釋）穩(wěn)定腔，不穩(wěn)定腔：在光學(xué)諧振腔中，任一束傍軸光線在兩反射鏡之間來回不斷反射，光在腔內(nèi)來回反射過程中始終不離開諧振腔，使激光器能穩(wěn)定的發(fā)射激光。滿足這一要求的腔稱為穩(wěn)定腔。反之為不穩(wěn)定腔。

會畫圖(2-4)三能級系統(tǒng)和四能級系統(tǒng)示意圖

2、（大題）三能級系統(tǒng)與四能級系統(tǒng)（工作原理、示意圖與優(yōu)缺點）：1）實現(xiàn)上下能級之間粒子數(shù)反轉(zhuǎn)產(chǎn)生激光的物理過程：三能級系統(tǒng)和四能級系統(tǒng)

2）三能級系統(tǒng)：如圖(2-4a)，下能級E1是基態(tài)能級，上能級E2是亞穩(wěn)態(tài)能級，E3為抽運高能級。其主要特征是激光的下能級為基態(tài)，發(fā)光過程中下能級的粒子數(shù)一直保存有相當(dāng)?shù)臄?shù)量。

3）四能級系統(tǒng)：如圖(2-4b)，下能級E1不是基態(tài)能級，而是一個激發(fā)態(tài)能級，在常溫下基本上是空的。其鼓舞能量要比三能級系統(tǒng)小得多，產(chǎn)生激光要比三能級系統(tǒng)簡單得多。

輔助理解：（獲得激光需要激光上下能級形成粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，也就是上能級粒子數(shù)大于下能級粒子數(shù)。泵浦粒子數(shù)到上能級是需要消耗能量的。三能級系統(tǒng)的下能級是基級，必需將一半以上的粒子數(shù)泵浦到高能級上。而四能級系統(tǒng)的下能級不是基態(tài)，可以很快排空，更簡單形成粒子數(shù)反轉(zhuǎn)。）

3、激光器的損耗（鏡面損耗），（內(nèi)部損耗）。

內(nèi)部損耗：增益介質(zhì)內(nèi)部由于成分不均勻、粒子數(shù)密度不均勻或有缺陷而使光產(chǎn)生折射、散射等使部分光波偏離原來的傳播方向，造成光能量的損耗。

鏡面損耗：當(dāng)強(qiáng)度為I的光波射到鏡面上，其中r1I(或r2I)反射回腔內(nèi)繼續(xù)放大，其它的部分均為損耗，包括t1I(或t2I)、鏡面的散射、吸收以及由于光的衍射使光束擴(kuò)散到反射鏡范圍以外造成的損耗，用a1I(或a2I)表示。

4、（計算）穩(wěn)定諧振腔的兩塊反射鏡，其曲率半徑分別為R1=40cm,R2=100cm，求腔長L的取值范圍。

答：

0?(1?LLLL)(1?)?1?0?(1?)(1?)?1?0?L?40cm或100?L?140cmR1R240100第三章

1、自再現(xiàn)模：當(dāng)兩個鏡面完全一致時（對稱開腔），這種穩(wěn)態(tài)場分布應(yīng)在腔內(nèi)經(jīng)單程渡（傳播）后，即可實現(xiàn)再現(xiàn)，這個穩(wěn)定的橫向場分布，就是激光諧振腔的自再現(xiàn)模。

輔助理解：

鏡1上的場分布，到達(dá)鏡2時，由于衍射，要經(jīng)歷一次能量的損耗和場分布的變化，中

間能量損失小，鏡邊緣損失大，每單程渡越一次，都會發(fā)生類似的能量損耗和場分布變化，屢屢來回后，從而逐漸形成中間強(qiáng)、邊緣弱的基本不受衍射影響的穩(wěn)態(tài)場分布，該穩(wěn)態(tài)場分布一個來回后可“自再現(xiàn)〞出發(fā)時的場分布，唯一變化是鏡面上各點的場振幅按同樣的比例衰減，各點相位發(fā)生同樣大小的滯后。

橫向場振幅分布和相位分布都均勻的平面波入射，經(jīng)過屢屢孔闌的衍射影響后，二者都變得不再均勻，成為相對場振幅和相對相位分布都不受衍射影響的穩(wěn)態(tài)場分布。

2、（簡答）輸出功率與諸參量之間的關(guān)系1）輸出功率P與飽和光強(qiáng)Is的關(guān)系:兩者成正比

2）輸出功率P與光束截面A的關(guān)系:A越大，P越大；而高階橫模的光束截面要比基橫的大

3）輸出功率P與輸出反射鏡的透射率t1的關(guān)系:實際中總是希望輸出功率大鏡面損耗小，這要求t1大，a1（反射鏡鏡面損耗系數(shù)）小，使t1>>a1，但

①t1過大又使增益系數(shù)的閾值G閾升高，而假使介質(zhì)的雙程增益系數(shù)2LG0不夠大將會導(dǎo)致腔內(nèi)光強(qiáng)減小，使輸出功率降低。嚴(yán)重時使腔內(nèi)不能形成激光。

②t1過小，雖然使G閾降低光強(qiáng)加強(qiáng)，但鏡面損耗a1I-(2L)也將增大。最正確透射率：