光电子技术第三章第四节.ppt

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1、3.7 激光脉冲技术激光脉冲技术 普普通通激激光光器器输输出出的的光光脉脉冲冲是是一一群群由由宽宽度度只只有有 s量量级级的的强强度度不不同同的的小小尖尖峰峰脉脉冲冲组组成成的的序序列列。为为了了适适应应激激光光的的某某些些应应用用，产产生生激激光光调调Q技技术术和和激激光光锁锁模模技技术术。调调Q技技术术可可以以产产生生脉脉宽宽10-710-9s量量级级、峰峰值值功功率率MW量级的巨脉冲，锁模技术可以产生量级的巨脉冲，锁模技术可以产生10-1210-15s量级的超短脉冲。量级的超短脉冲。3.7.1 脉冲激光器的尖峰效应脉冲激光器的尖峰效应 闪闪光光灯灯泵泵浦浦的的固固体体脉脉冲冲激激光光器器

2、，激激光光脉脉冲冲的的宽宽度度大大约约是是ms量量级级。这这个个脉脉冲冲并并不不是是平平滑滑的的，而而是是包包含含短短脉脉冲冲系系列列，其其中中脉脉冲冲宽宽度度和和时时间间间间隔隔在在 s数数量量级级，并并且且激激励励越越强强，脉脉冲冲的的时时间间间间隔隔越越小小。这这种种现现象象称称作作尖尖峰峰振荡效应。振荡效应。第一页，编辑于星期六：十六点 三十二分。特点：特点：（1）在在 附近变化，附近变化，故输出功率低；故输出功率低；（2）激光脉冲宽度很宽；激光脉冲宽度很宽；（3）激光脉冲不够平滑。激光脉冲不够平滑。光泵激励：光泵激励：反转粒子数密度增加反转粒子数密度增加受激辐射：受激辐射：反转粒子数

3、密度减少反转粒子数密度减少由此得出；可以通过改变阈值来获得巨脉冲输出。由此得出；可以通过改变阈值来获得巨脉冲输出。第二页，编辑于星期六：十六点 三十二分。3.7.2 激光调激光调Q技术技术脉冲泵浦的调脉冲泵浦的调Q Q过程过程泵浦初期：泵浦初期：将将阈阈值值调调高高，抑抑制制激激光光振振荡荡的的产产生生，使使激激光光上上能级积累反转粒子数能级积累反转粒子数.突然调低阈值，上能级大量突然调低阈值，上能级大量粒子雪崩式跃迁到低能级，粒子雪崩式跃迁到低能级，获得巨脉冲。获得巨脉冲。反转粒子数到最大时：反转粒子数到最大时：第三页，编辑于星期六：十六点 三十二分。Q开关开关主动式主动式Q开关：开关：被动

4、式被动式Q开关：开关：谐振腔损耗由外部驱动源控制谐振腔损耗由外部驱动源控制电光调电光调Q、声光调、声光调Q谐振腔损耗取决于腔内激光光强谐振腔损耗取决于腔内激光光强可饱和吸收体（染料）调可饱和吸收体（染料）调Q反射损耗：反射损耗：电光调电光调Q衍射损耗：衍射损耗：声光调声光调Q吸收损耗：吸收损耗：可饱和吸收体调可饱和吸收体调Q调调Q方法：方法：第四页，编辑于星期六：十六点 三十二分。1.转镜调转镜调Q技术技术 将将谐谐振振腔腔的的一一个个反反射射镜镜安安装装在在旋旋转转轴轴上上，使使其其在在每每一一转转动动周周期期中中，只只有有当当两两个个反反射射镜镜面面平平行行时时损损耗耗最最小小，因因而而通

5、通过过控控制制转转镜镜，从从而而控控制制光腔的反射损耗即可达到调光腔的反射损耗即可达到调Q目的。目的。缺点：缺点：Q值变化时间长，难以获得短脉冲。值变化时间长，难以获得短脉冲。第五页，编辑于星期六：十六点 三十二分。2.可饱和吸收体调可饱和吸收体调Q技术技术 在在通通常常的的固固体体激激光光器器腔腔内内插插入入装装有有饱饱和和染染料料的的染染料料盒盒。泵泵浦浦前前一一阶阶段段，腔腔内内光光强强还还很很弱弱，因因而而染染料料对对光光吸吸收收强强烈烈，腔腔损损耗耗很很大大，Q值值很很低低，不不能能形形成成激激光光；随随着着泵泵浦浦的的继继续续，亚亚稳稳态态上上粒粒子子越越积积越越多多，腔腔内内光光

6、强强逐逐渐渐增增大大，吸吸收收逐逐渐渐减减小小，Q值值不不断断增增大大；光光强强大大到到一一定定值值时时，染染料料对对该该波波长长的的光光就就变变为为透透明明，称称为为染染料料漂漂白白，Q值值达达到最大，相当于到最大，相当于Q开关开启，于是激光器输出一个强的激光脉冲。开关开启，于是激光器输出一个强的激光脉冲。可可饱饱和和吸吸收收体体对对该该激激光光器器振振荡荡波波长长的的光光有有强强烈烈的的吸吸收收作作用用，且且吸收系数随入射光的增强而不断减小吸收系数随入射光的增强而不断减小:（1）染料调）染料调Q第六页，编辑于星期六：十六点 三十二分。染料的选择：染料的选择：（1）染料吸收峰中心波长和激光波

7、长基本吻合；染料吸收峰中心波长和激光波长基本吻合；（3）具有一定稳定性和保存期，以利于使用。具有一定稳定性和保存期，以利于使用。染料调染料调Q技术技术 n可制成固态的染料片。可制成固态的染料片。（2）具有合适的数值，以得到合适的具有合适的数值，以得到合适的“开关开关”速度；速度；第七页，编辑于星期六：十六点 三十二分。（3）半导体纳米薄膜被动调）半导体纳米薄膜被动调Q采采用用磁磁控控溅溅射射和和热热退退火火制制备备半半导导体体纳纳米米薄薄膜膜作作为为可可饱饱和和吸吸收收体体，实实现现调调Q Q。(a）调）调Q脉冲序列脉冲序列(40s/div.s/div.);(b)单脉冲波形单脉冲波形(40ns

8、/div.)（2 2）晶体的被动调）晶体的被动调Q Q第八页，编辑于星期六：十六点 三十二分。利用某些晶体的利用某些晶体的电光效应电光效应起到的延时作用，做成电光起到的延时作用，做成电光Q开关。开关。电光效应：电光效应：某些晶体在外加电场作用下，其某些晶体在外加电场作用下，其折射率发生变折射率发生变化化，使通过晶体的不同偏振方向的光之间产生，使通过晶体的不同偏振方向的光之间产生相位差，从而使光的相位差，从而使光的偏振状态发生变化偏振状态发生变化。沿沿Z轴轴传传输输、x方方向向偏偏振振的的光光入入射射到到Z轴轴加加电电压压V的的电电光光晶晶体体上上，分分解解为为正正交交的的两两个个偏偏振振分分量

9、量，它它们们具具有有不不同同的的折折射射率率，通通过过长长度度d的晶体后，产生相位差为的晶体后，产生相位差为V V不同，相位差不同不同，相位差不同。3.3.电光调电光调Q Q技术技术第九页，编辑于星期六：十六点 三十二分。电光晶体上未加电压：电光晶体上未加电压：电光电光Q开关开关打开，形成激光振荡和输出。打开，形成激光振荡和输出。电光调电光调Q（反射式）装置：（反射式）装置：电光晶体加电光晶体加 电压：电压：电光电光Q开关开关关闭，不能形成激光关闭，不能形成激光振荡，上能级粒子数得到积累。振荡，上能级粒子数得到积累。第十页，编辑于星期六：十六点 三十二分。格格兰兰-付付克克棱棱镜镜作作为为偏偏

10、振振器器。未未加加电电压压时时损损耗耗很很大大，不不形形成成激激光光振振荡荡，相相当当于于Q开开关关关关闭闭，上上能能级级粒粒子子数数得得到到积积累累；当当调调制制晶晶体体加加/2电电压压时时，线线偏偏光光经经反反射射镜镜且且二二次次经经过过调调制制晶晶体体后后，振振动动方方向向相相对对原原方方向向旋旋转转180度度，Q开开关关打打开开，形形成成激激光光振振荡荡，但但不不输输出出，光光子子储储存存在在腔腔内内。到到一一定定时时刻刻撤撤销销晶晶体体外外加加电电压压，相相当当于于Q开开关关关关闭，则光立刻通过棱镜输出。闭，则光立刻通过棱镜输出。电光调电光调Q Q（透射式）实验装置：（透射式）实验装

11、置：特点：光脉冲时间宽度很小，相当于特点：光脉冲时间宽度很小，相当于2L/c2L/c第十一页，编辑于星期六：十六点 三十二分。声光效应：声光效应：当当介介质质中中有有超超声声波波传传播播时时，超超声声波波使使介介质质产产生生弹弹性性应应力力或或应应变变，介介质质中中的的折折射射率率发发生生变变化化，可可近近似似看看作作光光栅栅。光光束束通通过过这这种种介介质质就就会会发发生生衍射，使衍射，使光束产生偏转。光束产生偏转。光栅常数光栅常数声波波长声波波长4.声光调声光调Q技术技术第十二页，编辑于星期六：十六点 三十二分。声光调声光调Q激光器激光器 当当外外加加高高频频振振荡荡的的超超声声信信号号时

12、时，光光束束沿沿布布拉拉格格角角偏偏折折，从从而而偏偏离离了了谐谐振振腔腔的的轴轴向向，此此时时Q值值很很低低，不不能能形形成成激激光光振振荡，但这一阶段，激光工作物质亚稳态上的粒子大量积累；荡，但这一阶段，激光工作物质亚稳态上的粒子大量积累；一一定定时时间间后后，瞬瞬间间撤撤销销超超高高频频振振荡荡声声场场，光光无无偏偏折折地地通通过过晶晶体，体，Q值突然增大，从而产生一个强的激光脉冲输出。值突然增大，从而产生一个强的激光脉冲输出。第十三页，编辑于星期六：十六点 三十二分。调调Q技术：技术：锁模技术：锁模技术：（巨脉冲）（巨脉冲）（超短脉冲）（超短脉冲）锁模技术发展历程：锁模技术发展历程：3

13、.7.3 3.7.3 激光锁模技术激光锁模技术70年代：钕玻璃，皮秒年代：钕玻璃，皮秒80年代：染料激光器，年代：染料激光器，几十几十fs ，不稳，不稳 定定90年代：掺钛蓝宝石，年代：掺钛蓝宝石，稳定，稳定 目前：紫光，阿秒目前：紫光，阿秒第十四页，编辑于星期六：十六点 三十二分。（1）未锁模多纵模激光器的输出特性）未锁模多纵模激光器的输出特性 2N+1个模式互不相干，完全独立，个模式互不相干，完全独立，位相差不是常数。位相差不是常数。激光输出的总光场是各个不同频率光场的无规则叠加的结果，激光输出的总光场是各个不同频率光场的无规则叠加的结果，平均光强是各个纵模光强之和。平均光强是各个纵模光强

14、之和。1.1.锁模原理锁模原理 激光器中某一纵模电矢量：激光器中某一纵模电矢量：则总的输出为则总的输出为 ，各纵模为非相干叠加。，各纵模为非相干叠加。第十五页，编辑于星期六：十六点 三十二分。（2 2）锁模）锁模 如果让各模的如果让各模的频率间隔保持相等并使各模的位相差保持为常数频率间隔保持相等并使各模的位相差保持为常数，激光器输出在时间上有规则的等间隔的短脉冲序列。激光器输出在时间上有规则的等间隔的短脉冲序列。设腔内有设腔内有q-N，-(N-1)，0，(N-1)，N，共共(2N+1)个个模式，又设相邻模式的圆频率之差模式，又设相邻模式的圆频率之差 ，则，则如各模式的振幅相等，如各模式的振幅相

15、等，Eq=E0，初位相相同且为，初位相相同且为 q q=0=0，则，则 第十六页，编辑于星期六：十六点 三十二分。当当 时，时，m=0，1，2光强最大光强最大 第十七页，编辑于星期六：十六点 三十二分。峰值功率峰值功率 周期（相邻脉冲峰值间隔）周期（相邻脉冲峰值间隔）等于光在腔内来回一次所需的时间等于光在腔内来回一次所需的时间 脉冲宽度脉冲宽度 荧光线宽荧光线宽 9 9个纵模锁模个纵模锁模有有2N-1个次脉冲。次脉冲的个数为个次脉冲。次脉冲的个数为2N-1，参与锁模的纵模数，参与锁模的纵模数越多，次脉冲的幅度越低。越多，次脉冲的幅度越低。第十八页，编辑于星期六：十六点 三十二分。2.2.主动锁

16、模主动锁模 在激光谐振腔内插入一个受外部信号控制的调制器，用一定调在激光谐振腔内插入一个受外部信号控制的调制器，用一定调制频率周期性地改变谐振腔内振荡模的振幅或相位。制频率周期性地改变谐振腔内振荡模的振幅或相位。振幅调制锁模（损耗调制锁模）振幅调制锁模（损耗调制锁模）实现锁模的方法有很多，大致分为以下几类：实现锁模的方法有很多，大致分为以下几类：（1 1）主动锁模）主动锁模 通通过过在在腔腔内内插插入入一一个个电电光光或或声声光光调调制制器器实实现现模模式式锁锁定定，要要求求调调制制频频率率精精确确地地等等于于激激光光器器的的纵纵模模间间隔隔，从从而而使使所所有有参参与与振振荡荡的的模模式式相

17、相位位同步。同步。（2 2）被动锁模）被动锁模 把很薄的可饱和体插入激光器谐振腔内，利用可饱和吸把很薄的可饱和体插入激光器谐振腔内，利用可饱和吸收特性锁模。收特性锁模。（3 3）自锁模）自锁模 利用增益介质的自振幅调制和自相位调制。利用增益介质的自振幅调制和自相位调制。第十九页，编辑于星期六：十六点 三十二分。调制频率：调制频率：（角频率（角频率 ）设设 时刻：时刻：损耗为损耗为这部分光信号每往返一次就受到一次损耗这部分光信号每往返一次就受到一次损耗这部分光信号每次无损耗通过这部分光信号每次无损耗通过时刻：时刻：损耗为损耗为则则第二十页，编辑于星期六：十六点 三十二分。调制信号波形调制信号波形

18、 腔内损耗波形腔内损耗波形 调制器透过率波形调制器透过率波形 调制前腔内光波电场调制前腔内光波电场 调制后腔内光波电场调制后腔内光波电场 激光器输出的锁模光脉冲激光器输出的锁模光脉冲 第二十一页，编辑于星期六：十六点 三十二分。在谐振腔内插入在谐振腔内插入可饱和吸收染料可饱和吸收染料来调节腔内损耗。来调节腔内损耗。3.3.被被 动动 锁锁 模模可可饱饱和和吸吸收收体体必必须须具具备备以以下下几几个个条条件件：第第一一，染染料料的的吸吸收收线线应应和和激激光光波波长长很很接接近近；第第二二，吸吸收收线线的的线线宽宽要要大大于于或或等等于于激激光光线线宽宽；第第三三，其其驰驰豫豫时时间间应应短短于

19、于脉脉冲冲在在腔腔内内往往返返一一次次的的时时间间，否否则则就就成成为为被被动动调调Q激光器了。激光器了。第二十二页，编辑于星期六：十六点 三十二分。(2)(2)采用晶体或半导体纳米材料被动锁模采用晶体或半导体纳米材料被动锁模Power meterOSCGaAsNd:YAGPIN(1)(1)采用有机染料被动锁模采用有机染料被动锁模第二十三页，编辑于星期六：十六点 三十二分。4.自锁模自锁模 自锁模机理机理：利用增益介质的非线性效应实现锁模。自锁模机理机理：利用增益介质的非线性效应实现锁模。掺钛蓝宝石自锁模激光器掺钛蓝宝石自锁模激光器飞秒脉冲序列飞秒脉冲序列第二十四页，编辑于星期六：十六点 三十

20、二分。5.5.超短脉冲测量超短脉冲测量 采采用用快快速速响响应应的的光光电电二二极极管管（几几十十皮皮秒秒）和和高高速速示示波波器器（5G)5G)可可以以测测量量皮皮秒秒脉脉冲冲。但但是是，当当脉脉冲冲宽宽度度为为几几皮皮秒秒或或以以下下，必必须须采采用用相关测量。相关测量。双光子荧光法：双光子荧光法：某某种种物物质质原原子子能能同同时时吸吸收收二二个个光光子子从从基基态态跃跃迁迁到到较较高高激激发发态态，称称为为双双光光子子吸吸收收。原原子子弛弛豫豫到到较较低低激激发发态态后后，发发出出荧荧光光。例例如如，若若丹丹明明6G6G丙丙酮酮溶溶液液在在强强光光作作用用下下吸吸收收二二个个1064n

21、m1064nm光光子子产产生生550nm550nm的的双双光光子子荧荧光光。利利用用这这种种特特性性可可以以对对皮皮秒秒脉脉冲冲的的时时间间宽宽度进行测量。度进行测量。第二十五页，编辑于星期六：十六点 三十二分。被被测测光光脉脉冲冲分分成成强强度度相相等等的的二二个个脉脉冲冲，反反向向通通过过染染料料溶溶液液。在在溶溶液液中中单单脉脉冲冲通通过过的的地地方方发发出出均均匀匀的的弱弱光光，但但在在两两脉脉冲冲重重叠叠处处，则则发发生生双双光光子子吸吸收收而而发发出出很很强强的的荧荧光光。用用高高感感光光度度的的胶胶卷卷拍拍下下荧荧光光强强度度的的空空间间分分布布，置置曝曝光光底底片片于于显显微微

22、密密度度计计上上，就就可可根根据据底底片片上上的的光光密度空间分布求出脉冲宽度。密度空间分布求出脉冲宽度。测量装置测量装置第二十六页，编辑于星期六：十六点 三十二分。染料辐射的荧光强度为：染料辐射的荧光强度为：以以溶溶液液中中心心为为z=0z=0。式式中中第第一一项项为为单单个个脉脉冲冲作作用用发发出出荧荧光光的的贡贡献献，第第二二项项为为两两个个脉脉冲冲共共同同作作用用发发出出荧荧光光的的贡贡献献。由由上上式式，引引入相关函数：入相关函数：在溶液中心，两个脉冲重合，荧光最强；在溶液中心，两个脉冲重合，荧光最强；远离溶液中心，两个脉冲完全分离，荧光最弱。远离溶液中心，两个脉冲完全分离，荧光最弱

23、。所以最大和最小之比为所以最大和最小之比为3 3比比1 1。作出。作出F F与与z z的关系曲线，得到半高全宽的关系曲线，得到半高全宽的空间距离，再求出脉冲时间宽度。的空间距离，再求出脉冲时间宽度。第二十七页，编辑于星期六：十六点 三十二分。3.9 3.9 激光选模技术激光选模技术 高高质质量量的的激激光光束束应应只只包包括括单单横横模模和和单单纵纵模模。实实际际输输出出的的激激光光均均包包含含多多个个模模式式，光光束束强强度度分分布布不不均均匀匀，发发散散角角大大，且且模模式式越越多多，单单色色性性和和方方向向性性越越差差。为为此此必必须须采采取取某某些些手手段段限限制制参参与与振振荡荡的的

24、模模式式数数目目，有有关关技技术术称称为为激激光光选选模模技技术术。一一般般分分为为四四大大类类，一一是是激激光光谱谱线线选选择择，二二是是激激光光偏偏振振选选择择，三三类类是是改改善善其其方方向向性性和和横横截截面面强强度度分分布布的的横横模模选选择择技技术术，四四是是用用于于限限制振荡激光频谱数目的制振荡激光频谱数目的纵模选择技术纵模选择技术。1.1.激光谱线选择激光谱线选择 一一般般激激光光工工作作物物质质发发射射多多条条谱谱线线，造造成成能能量量分分散散，为为使使振振荡荡固固定定在在单单一一谱谱线线，可可在在腔腔内内放放置置以以棱棱镜镜，通通过过调调整整棱棱镜镜位位置置来来只只让让需需

25、要要波波长长的的光光到到达达高高反反射射镜镜，完完成成反反馈馈过过程程；也也可可以以采采用镀所需波长的全反镜来实现。用镀所需波长的全反镜来实现。第二十八页，编辑于星期六：十六点 三十二分。腔内棱镜法激光谱线选择技术腔内棱镜法激光谱线选择技术第二十九页，编辑于星期六：十六点 三十二分。2.2.偏振选择偏振选择 在在气气体体激激光光器器两两端端放放置置布布儒儒斯斯特特窗窗（简简称称布布氏氏窗窗），可可使使腔腔镜镜上上反反射射回回来来进进入入激激光光工工作作物物质质的的光光束束中中，垂垂直直偏偏振振光光无无损损地地通通过过布布氏氏窗窗形形成成振振荡荡，而而平平行行偏偏振振光光受受高高反反射射损损耗耗

26、，难难以以形形成振荡，这样就实现了偏振激光的输出。布氏窗一般为内置式。成振荡，这样就实现了偏振激光的输出。布氏窗一般为内置式。布儒斯特窗法激光偏振选择技术布儒斯特窗法激光偏振选择技术 第三十页，编辑于星期六：十六点 三十二分。3.3.横模选择横模选择 横横模模选选择择技技术术实实质质上上就就是是只只让让基基横横模模TEMTEM0000振振荡荡，而而使使其其他他高高阶阶横横模模都都不不满满足足振振荡荡条条件件，从从而而达达到到“滤滤去去”高高阶阶横横模模目目的的技术，其物理基础是不同横模损耗不同。的的技术，其物理基础是不同横模损耗不同。横模选择主要方法有：横模选择主要方法有：小孔光阑法、聚焦光阑

27、法、猫眼谐振腔法、非稳腔法等。小孔光阑法、聚焦光阑法、猫眼谐振腔法、非稳腔法等。小孔光阑选模：小孔光阑选模：在在光光腔腔中中人人为为地地插插入入一一个个小小孔孔光光阑阑，只只允允许许基基横横模模通通过过，而将其他高阶模阻挡掉。而将其他高阶模阻挡掉。第三十一页，编辑于星期六：十六点 三十二分。单透镜聚焦选模单透镜聚焦选模 望远镜腔选模望远镜腔选模 小孔光阑放在透镜小孔光阑放在透镜焦点上可充分利用焦点上可充分利用激光工作物质。激光工作物质。聚焦光阑法聚焦光阑法第三十二页，编辑于星期六：十六点 三十二分。不同纵模具有相同损耗，但因频率差异而具有不同的小信号不同纵模具有相同损耗，但因频率差异而具有不同

28、的小信号增益系数。增益系数。利用不同纵模间的增益差异，在腔利用不同纵模间的增益差异，在腔内引入一定选择性损耗内引入一定选择性损耗 在在实实现现TEM00模模运运转转的的激激光光器器中中，选选定定其其中中某某一一个个纵纵模模使使之之稳稳定定振振荡荡，而而其其余余的的频频率率均均被被抑抑制制，以以实实现现单单一一频频率率激激光光输输出出，从从而获得高单色性的激光。而获得高单色性的激光。4.4.纵模选择纵模选择 （1 1）短腔法选纵模）短腔法选纵模相邻纵模间频率差：相邻纵模间频率差：减小减小 增大增大不能适用所有激光器。不能适用所有激光器。第三十三页，编辑于星期六：十六点 三十二分。（2 2）法布里

29、）法布里珀罗标准具选纵模珀罗标准具选纵模 腔腔内内插插入入标标准准具具（镀镀膜膜的的平平板板玻玻璃璃），由由于于多多光光束束干干涉涉效效应应，由由于于多多光光束束干干涉涉，只只有有某某些些特特定定频频率率的的光光能能透透过过标标准准具具在在腔腔内往返传播，其他频率的光不能透过标准具。内往返传播，其他频率的光不能透过标准具。透射峰对应的频率：透射峰对应的频率：第三十四页，编辑于星期六：十六点 三十二分。单纵模输出单纵模输出第三十五页，编辑于星期六：十六点 三十二分。稳定度：稳定度：激光器连续工作期间其频率改变量激光器连续工作期间其频率改变量 与平均频与平均频率的比值率的比值复复现现性性：同同一一

30、台台激激光光器器在在不不同同的的时时间间、地地点点、环环境境条条件件下下使使用用时时，频率偏差与频率平均值之比值：频率偏差与频率平均值之比值：1.1.频率的稳定度和复现性频率的稳定度和复现性 3.10 3.10 激光稳频技术激光稳频技术2.2.影响频率稳定的因素影响频率稳定的因素 腔长腔长 ：环境温度起伏，激光管发热，机械振动环境温度起伏，激光管发热，机械振动折射率折射率 ：环境温度变化，大气气压、湿度变化环境温度变化，大气气压、湿度变化第三十六页，编辑于星期六：十六点 三十二分。频率漂移量：频率漂移量：激光频率的稳定问题，归结为保持腔长和折射率稳定的问题激光频率的稳定问题，归结为保持腔长和折

31、射率稳定的问题迄今，典型的稳频激光器有：迄今，典型的稳频激光器有：1.632.8nmHe-Ne:I2稳稳频频激激光光器器，稳稳定定度度达达5 10-13，复复现现性性达达1 10-10；2.513.8nmAr+:I2稳稳频频激激光光器器，稳稳定定度度达达5 10-14，复复现现性性达达1.5 10-12；3.3.39 mHe-Ne:CH4稳稳频频激激光光器器，稳稳定定度度达达5 10-15，复复现现性性达达3 10-14；4.CO2稳频激光器，稳定度达稳频激光器，稳定度达5 10-14，复现性达，复现性达1 10-10；第三十七页，编辑于星期六：十六点 三十二分。3.10 3.10 其他激光技

32、术其他激光技术激光技术还包括调制技术、偏转技术和倍频技术等。激光技术还包括调制技术、偏转技术和倍频技术等。1.1.激光调制技术激光调制技术2.2.将将激激光光作作为为载载波波，将将信信息息加加载载到到其其上上的的技技术术，有有关关详详细细内内容容在第六章学习。在第六章学习。2.2.激光偏转技术激光偏转技术3.3.将将激激光光束束相相对对于于原原始始位位置置作作一一定定规规律律的的偏偏转转扫扫描描，激激光光偏偏转转应应用用在在激激光光大大屏屏幕幕显显示示、激激光光图图像像传传真真、激激光光雷雷达达的的搜搜索索和和跟跟踪踪、激激光光印印刷刷技技术术及及大大容容量量的的寻寻址址检检索索中中。根根据据

33、使使用用目目的的的的不不同同，可可分分为为模模拟拟式式和和数数字字式式偏偏转转。目目前前常常用用的的偏偏转转方方法法有有：机机械械偏转法、电光偏转法和声光偏转法。偏转法、电光偏转法和声光偏转法。3.3.激光变频技术激光变频技术 包括倍频、和频、差频等。包括倍频、和频、差频等。第三十八页，编辑于星期六：十六点 三十二分。LD LD抽运抽运Nd:YAG/LBONd:YAG/LBO被动调被动调Q Q蓝光激光器蓝光激光器 工工作作物物质质Nd:YAGNd:YAG晶晶体体前前端端面面（靠靠近近LDLD）镀镀808nm808nm、1064nm1064nm、1319 1319 nmnm高高透透膜膜和和473

34、nm473nm、946nm946nm高高反反膜膜，作作为为激激光光器的全反射腔镜；后端面镀器的全反射腔镜；后端面镀473 nm473 nm、946nm946nm高透膜。高透膜。（1 1）倍频技术）倍频技术 倍倍频频技技术术又又叫叫二二次次谐谐波波技技术术，属属于于非非线线性性光光学学范范畴畴，通通过过光光学非线性效应，将频率为学非线性效应，将频率为 的光变换为频率的光变换为频率2 2 的相干光。的相干光。例子：例子：Nd:YAGNd:YAG发射的发射的946nm946nm激光脉冲经过倍频晶体后成为激光脉冲经过倍频晶体后成为473nm473nm蓝光脉冲。蓝光脉冲。第三十九页，编辑于星期六：十六点

35、 三十二分。实验结果实验结果蓝光光谱：中心波长蓝光光谱：中心波长473nm，线宽，线宽1.2nm光斑模式：基横模光斑模式：基横模(a)蓝光脉冲序列蓝光脉冲序列(40s/div.);(b)单脉冲波形单脉冲波形(40ns/div.)第四十页，编辑于星期六：十六点 三十二分。（2 2）和频技术）和频技术第四十一页，编辑于星期六：十六点 三十二分。中心波长约中心波长约593nm593nm，谱宽约，谱宽约2nm 2nm 第四十二页，编辑于星期六：十六点 三十二分。1319nm/1338nm双波长激光差双波长激光差频产生频产生3.23THz电磁辐射，脉宽电磁辐射，脉宽72ns。（3 3）差频技术）差频技术

36、第四十三页，编辑于星期六：十六点 三十二分。一、问答题一、问答题1 1、什么是光的相干性？两束光相干的条件是什么？最典型的两种、什么是光的相干性？两束光相干的条件是什么？最典型的两种干涉装置是什么？干涉装置是什么？2 2、什么是光电子技术？光电子器件按功能分为哪几类？每类、什么是光电子技术？光电子器件按功能分为哪几类？每类大致包括哪些器件？大致包括哪些器件？3 3、什么是光的受激辐射？它与自发辐射有哪些区别？、什么是光的受激辐射？它与自发辐射有哪些区别？4 4、激光器的基本组成有哪几部分，它们的作用是什么？、激光器的基本组成有哪几部分，它们的作用是什么？5 5、引起气体自发辐射光谱线展宽的主要

37、原因是什么？各有什么特、引起气体自发辐射光谱线展宽的主要原因是什么？各有什么特点？点？二、计算题二、计算题设激光器的增益线宽设激光器的增益线宽 ，腔长为，腔长为150cm150cm。如果处。如果处于增益线宽内的纵模都能振荡，求（于增益线宽内的纵模都能振荡，求（1 1）振荡的纵模总数；）振荡的纵模总数；（2 2）如果采用锁模技术，求输出脉冲的时间宽度。）如果采用锁模技术，求输出脉冲的时间宽度。第四十四页，编辑于星期六：十六点 三十二分。选作题选作题*1、什么是激光的横模？基横模有什么特点？、什么是激光的横模？基横模有什么特点？*2*2、（、（1 1）一质地均匀的材料对光的吸收为）一质地均匀的材料对光的吸收为 、光通过、光通过10cm10cm长长的该材料后，出射光强为入射光强的百分之几的该材料后，出射光强为入射光强的百分之几?(2)(2)光束通过长度为光束通过长度为1m1m的均匀激活的工作物质，如果出射光的均匀激活的工作物质，如果出射光强是入射光强的两倍，试求该物质的增益系数。强是入射光强的两倍，试求该物质的增益系数。第四十五页，编辑于星期六：十六点 三十二分。