（激光原理与技术）概念.docx

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1、（激光原理与技术）概念激光器的组成包括：工作物质、谐振腔和泵浦系统根据光束几何逸出损耗的高低，谐振腔分为：稳定腔、非稳定前和临界腔激光器按泵浦方式能够分为：连续激光器和脉冲激光器按工作物质的状态：固体、气体、半导体和光纤按输出方式：连续、脉冲激光器谐振腔的损耗类型有：几何偏振损耗、衍射损耗、腔镜反射不完全引起的损耗和固有损耗假如初始光强为I0，在无源腔内往返一周后光强衰减到I1，则平均单程损耗因子的定义式为=1/2lnI0/I1经过理想光学系统的无像差的光学系统后光腰尺寸和远场发散角的乘积不变。对基模高斯光束，00=2/常用的主动调Q方法有：转镜调Q、电光调Q、声光调Q，饱和吸收调Q被称为被动

2、调Q激光的工作物质包括晶体、玻璃、气体半导体、液体、自由电子等数百种之多。鼓励方式有光鼓励、放电鼓励、电鼓励、热鼓励、核鼓励等驻波条件：到达谐振时，腔的光学长度应为半波长的整数倍。知足此条件的平面驻波场称为腔的本征形式；特点：腔内光强沿z轴的分布是不均匀的，而是强弱相见的分布着。光强最强的亮堂区，称为波腹；最弱的黑暗区，称为波节衍射倍率因子：M2定义为实际光束的腰斑半径与远场发散角的乘积与基模高斯光束的腰斑半径与远场发散角的乘积之比。基模高斯光束具有最小的M2值=1，其光腰半径和发散角也最小，到达衍射极限。M2值能够表征实际光束偏离衍射极限的程度，称为衍射倍率因子粒子数反转：光束通过原子与分子

3、系统时，总是同时存在受激发射和受激吸收的经过。从爱因斯坦关系可知，一般受激吸收远大于受激发射，粒子处于基态；假如激发态的电子数远多于基态电子数，就会使激光工作物质中受激发射占主导地位，这种状态即粒子数反转增益和增益饱和：激光强度随传播距离增加而呈指数关系上升，但是激光强度不会无限制的增大，当入射光强度足够弱时，增益系数与光强无关，是一个常量；而当入射光强增加到一定时，增益系数将减小，这种现象称为增益饱和现象兰姆凹陷：在单模输出功率P和单模频率vq的关系曲线中，在vq=v0处，曲线有一凹陷，称作兰姆凹陷。其构成的机制：当vq=v0时，两个烧孔完全重合，此时只要vz=0附近的原子对激光有奉献。固然

4、它对应着最小的信号增益，但由于对激光作奉献的反转集居数减少了，即受控面积减少，所以输出功率下降到某一个极小值，P-vq关系曲线v0处出现兰姆凹陷驰豫振荡效应：一般固体脉冲激光器所输出的并不是一个平滑的光脉冲，而是宽度只要微妙量级的短脉冲序列，即所谓的“尖峰序列。鼓励越强，短脉冲之间的间隔时间越小的现象频率牵引效应：在有源腔中，由于增益物质的色散，使纵模频率比无源腔纵模更靠近中心频率的现象均匀加宽：引起谱线加宽的物理因素对于每个粒子都是一样的的加宽非均匀加宽：对一个特定频率只要特定的粒子群对其增益、吸收有奉献，称为非均匀加宽调Q原理：通过改变谐振腔的损耗改变腔的Q值，开场时，使谐振腔损耗增大，激

5、光器不能起振，使反转集居数不断增加，随着泵浦持续，当反转集居数到达最大时，使谐振腔损耗忽然减小，使腔内光强迅速增加，消耗反转集居数，输出一个短脉冲，称之为调Q增益线型：增益介质随频率的变化曲线称之为增益线型光子态光波场形式：一定边界条件和初始条件麦克斯韦方程的一个特接称为光波场的一个形式或光子态反转集居数饱和：反转集居数随信号光强的增加而下降的现象锁模原理：使各振荡器纵模频率间隔保持一定，并具有确定的关系，则激光器将输出一列时间间隔的一定的超短脉冲，称之为锁模激光四个特性：単色性：指光强按频率的分布情况，激光的频谱宽度非常窄。相干性：时间相干性和空间相干性都很好。方向性：普通光向四面八方辐射，

6、而激光基本沿某一直线传播，激光束发散角很小。高亮度：在单位面积、单位立体角内的输出功率十分大。本质上归结为激光具有很高的光子简并度谐振腔的作用：形式选择、提供轴向光波模的反应；控制腔内振荡光束的特性；直接控制光束的横向分布特性、光斑大小、谐振频率及光束发散角等。分别描绘均匀加宽和非均匀加宽的特点：均匀加宽特点：引起展宽的机制对应每一粒子而言都是一样的。任何一个粒子对谱线展宽的奉献都是一样的，不可能把线型函数某一特点频率与某些特定粒子联络起来，每一个发光粒子都是以洛伦兹线型发射；非均匀展宽特点：粒子体系中粒子发光只对谱线内与其中心频率相对应的部分有奉献，这种展宽主要事实有多普勒展宽和残余应力展宽

7、描绘均匀加宽激光器的形式竞争原因及结果：在均匀加宽激光器中多个形式的谐振频率的增益系数大于振荡阈值，这些频率的光信号都能起源，都能在振荡经过中互相竞争，随着信号光强的增大，增益曲线随不断下降，结果总是靠近中心频率v0的一个纵模得胜，构成稳定振荡，其他纵模都被抑制而熄灭。理想情况下，均匀加宽稳态激光器的输出应是单纵模的，其频率总是落在谱线中心附近非均匀加宽激光器的形式竞争产生的原因及结果：非均匀加宽激光器只要当一个纵模频率等于中心频率v0时，一个纵模频率的真空和另一个纵模频率的像孔重合，两群粒子对两个纵模有奉献，引起形式竞争。结果：不同纵模频率输出光强出现起伏激光稳定振荡条件阈值条件：G(v,v0)=/L稳定振荡信号光强决定因素:由泵浦和谐振腔的损耗决定均匀加宽介质和非均匀加宽介质的功率加宽有何异同？均匀加宽激光器随信号光强的增加谱线进一步加宽，增曲线整体下降；而非均匀加宽激光器这出现光谱烧孔效应。均匀加宽激光器和非均匀加宽激光器形式特性异同：由于形式竞争的原因，均匀加宽激光器一般为单纵模振荡，而非均匀加宽激光器为多纵模振荡激光振荡的纵模频率条件为arccos)12(1221ggnnmqnLcvmnq+=激光器工作频率决定因素：谐振腔的腔长和反射镜的曲率半径