激光原理简答题(西南科技大学)(共3页).doc

《激光原理简答题(西南科技大学)(共3页).doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《激光原理简答题(西南科技大学)(共3页).doc（3页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、精选优质文档-倾情为你奉上光学谐振腔的作用1、提供正反馈（放大）作用（1）腔镜的反射率（吸收、透射少，反射率大；反之亦然）；（2）腔镜的形状及组合方式。2、控制振荡光束，表现在三个方面（1）控制纵模的数目光的模式少，光子的简并度高 （2）控制高阶横模基模光强大、光斑小、发散角小（3）控制各种损耗在增益一定的条件下，通过控制损耗来控制激光的输出。 横模的形成a、 谐振腔中稳定的激光等效于任何波面的光通过一系相同列光栏后形成的自再现光场b 、光栏有衍射，因此在光束的不同位置光将形成干涉叠加，这种稳定的叠加就形成了横模c 、不同位置稳定场形成的条件不同，故而有不同频率。不同频率的横模的光场有不同的横

2、向分布，它们是重叠在激光腔的同一空间内。 1、损耗的种类（1）几何损耗：非平行轴的光线，折、反出腔外的损耗。 光腔结构和尺寸影响的损耗； 横模阶次的高低不同损耗不同。一般，高阶模的损耗大。（2）衍射损耗：反射镜尺寸有限、腔中有插件，必有衍射。 损耗与菲涅尔数N=a2/L有关，该常数越小，损耗越大。 与腔的几何结构有关，参数g=1-L/R越小损耗越大。 与横模的阶次有关，阶次越高损耗越大。（3）腔镜反射不完全引起的损耗 反射镜吸收、散射引起的损耗；反射镜的部分出射引起的损耗（对固体激光器可达50%）（4）非激活吸收、散射引起的损耗 腔内加插件引起的损耗a、产生偏振光的布儒斯特窗口b、提高激光瞬间

3、强输出功率的调Q 元件c、各种用途的加载调制元件 非激活介质的吸收、散射两个相同腔面共振漠视的积分方程 意义腔内可能存在着得稳定的共振光波场，他们由一个腔面传播到另一个腔面的过程中虽然经受了衍射效应，但这些光波场在两个腔面处得相应振幅分布和相位分布保持不变，亦即共振光波场在腔内多次往返过程中始终保持自洽或自再现的条件。方形镜共焦腔： 长椭球函数，在N很大的情况，可以表示成厄米多项式与高斯函数乘积的形式。圆形镜共焦腔： 超椭球函数，在N很大的情况，可以表示成拉盖尔多项式与高斯函数乘积的形式。 单程衍射损耗损耗随着菲涅耳系数N的增大而迅速减小 菲涅耳系数相同时，不同横模的损耗不同，模的阶次越高，损

4、耗越大； 共焦腔模的损耗要小于平面腔模的损耗，这是因为共焦腔对光束会聚作用的结果。 自再现模的衍射损耗小于均匀平面波的衍射损耗，因为自再现模的形成过程反应了衍射损耗的影响，从而使得边缘部分强度变小，衍射损耗的作用变小。1 模式的损耗随菲涅耳数N值的增大而急剧减小；2 共焦腔损耗共心腔损耗平面腔损耗3 基模的损耗高阶模的损耗，模阶次越高，损耗越大；稳定腔的优点：衍射损耗小稳定腔的缺点：模体积小，利用的反转粒子数少，平行平面腔的优点：模体积大平行平面腔的缺点：调节精度很高一、 非稳定腔的优点和缺点：非稳定腔的优点：大的可控模体积，通过扩大反射镜的尺寸，扩大模的横向尺寸；可控的衍射耦合输出，输出耦合

5、率与腔的几何参数g有关；容易鉴别和控制横模；易于得到单端输出和准直的平行光束。非稳定腔的缺点：输出光束截面呈环状；光束强度分布是不均匀的，显示出某种衍射环。高斯光束聚焦的方法(1)采用短焦距透镜，使f尽量减小；(2)使入射高斯光束腰斑远离透镜焦点，满足：若使一个稳定腔所产生的高斯光束与另一个稳定腔产生的高斯光束相匹配，需在合适的位置放置一个焦距适当的透镜，使两束高斯光束互为物象共轭光束。该透镜称为模匹配透镜。二、光谱线的加宽机制和类型均匀加宽：引起加宽的物理因素对每个发光粒子都是等同的。由于均匀加宽对每个原子的辐射的影响是相同的，因此在均匀加宽的影响下，每个原子都具有相同的辐射特性，即每个原子

6、都以整个线型函数的形式辐射光子（洛伦兹线型）自然加宽、 寿命加宽、压力加宽(碰撞加宽)、热声子加宽非均匀加宽：由于某种物理因素的影响，使得发光原子有不同的表观中心频率，使总的辐射谱线加宽。（高斯线型）多普勒加宽、晶格缺陷加宽 综合加宽自然加宽谱线具有洛伦兹线型谱，线宽度完全由原子在能级的自发辐射寿命决定，进一步说明了自然加宽是由原子具有有限的激发态寿命而引起的。非均匀加宽的特点是，原子体系中每个原子只对谱线内与它的表观中心频率相对应的部分有贡献。也就是说，体系中每个原子发出的光的线型函数不尽相同，每个原子有着各自的表观频率中心和发射特性。体系的总的辐射线型函数是这些所有原子线型函数的综合。均匀

7、加宽和非均匀加宽的本质差别从谱线加宽角度看：对均匀加宽，每个粒子的自发辐射具有完全相同的线型函数、线宽、中心频率。对非均匀加宽，介质中的发光粒子可以分类，可探测到不同的中心频率。对均匀加宽，整个介质的线型和线宽与单个粒子相同，对非均匀加宽，某个离子的线型和线宽不等于整个介质的谱线加宽和线宽。对均匀加宽，不能把介质线型函数上的某一特定频率与介质中某类离子建立联系和对应关系。对非均匀加宽，某类发光粒子仅对光谱线范围内某一特定频率有贡献，对其他频率无贡献。当某一频率的准单色光与介质相互作用，对均匀加宽，入射光场与所有的粒子发生完全相同的共振相互作用，所有粒子具有相同的受激跃迁几率和极化强度。对非均匀

8、加宽，只有表观中心频率与入射光场频率相应的某类粒子凡是相互作用，不同粒子的极化情况也不同。气体介质中的均匀加宽机制主要是：自然加宽、寿命加宽、碰撞加宽气体介质中的非均匀加宽机制主要是多普勒加宽对于气体工作物质，若粒子系统同时存在均匀加宽和非均匀加宽因素，其加宽线型为综合加宽线型高温下，低离子浓度掺杂的晶体激光介质主要呈现由热声子加宽所决定的强均匀加宽特性，其线型函数近似由洛仑兹函数表示。低温下，高浓度掺杂的晶体激光介质主要呈现由晶体随机无规则局部缺陷所决定的非均匀加宽特性，其线型函数可由高斯函数表示，其线宽一般较窄。 离子掺杂玻璃基质的光谱加宽出现出强非均匀加宽特性，其线宽通常较宽 液体介质的

9、谱线加宽通常呈现强均匀加宽特性什么是调Q技术调Q技术的出现和发展，是激光发展史上的一个重要突破，它是将激光能量压缩到宽度极窄的脉冲中发射，从而使光源的峰值功率可提高几个数量级的一种技术。调Q技术的目的： 压缩脉冲宽度，提高峰值功率。 调节Q值的途径 ：一般采取改变腔内损耗的办法来调节腔内的Q值Q值与谐振腔的损耗成反比，要改变激光器的阈值，可以通过突变谐振腔的Q值(或损耗a总)来实现。 既然激光上能级最大粒子反转数受到激光器阈值的限制，那么，要使上能级积累大量的粒子，可以设法通过改变（增加）激光器的阈值来实现，就是当激光器开始泵浦初期，设法将激光器的振荡阈值调得很高，抑制激光振荡的产生，这样激光上能级的反转粒子数便可积累得很多。 当反转粒子数积累到最大时，再突然把阈值调到很低，此时，积累在上能级的大量粒子便雪崩式的跃迁到低能级，于是在极短的时间内将能量释放出来，就获得峰值功率极高的巨脉冲激光输出。改变激光器的阈值是提高激光上能级粒子数积累的有效方法。调Q技术就是通过某种方法使腔的Q值随时间按一定程序变化的技术。或者说使腔的损耗随时间按一定程序变化的技术专心-专注-专业