激光原理复习(精品).ppt

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1、第七章第七章 激光器特性的控制与改善激光器特性的控制与改善第六章第六章 激光放大特性激光放大特性第四章第四章 电磁场和物质的相互作用电磁场和物质的相互作用第五章第五章 激光振荡特性激光振荡特性第一章第一章 激光的基本原理激光的基本原理第二章第二章 开放式光腔与高斯光束开放式光腔与高斯光束激光原理激光原理“辐射的受激发射光放大辐射的受激发射光放大”激光激光特点：特点：方向性好方向性好,单色性好单色性好,亮度高亮度高,相干性好相干性好 激激 光光 (Laser)(Laser)自发辐射自发辐射,受激吸收受激吸收,受激辐射受激辐射激光具有很高的光子简并度激光具有很高的光子简并度普通光源普通光源工作物质

2、工作物质激励能源激励能源谐振腔谐振腔谐振腔谐振腔模式选择提供轴向光波模的反馈由两个球面镜构成的开放式光学谐振腔TEMmnq共轴球面腔的共轴球面腔的稳定性条件稳定性条件光腔的损耗光腔的损耗开腔模式和衍射理论分析方法开腔模式和衍射理论分析方法(自再现模,菲涅耳基尔霍夫衍射积分)v(x,y)应为复函数，它的模应为复函数，它的模 v(x,y)描述镜面上场的振幅分布，描述镜面上场的振幅分布，而其辐角而其辐角 arg v(x,y)描述镜面上场的相位分布。描述镜面上场的相位分布。共焦腔振幅分布和光斑尺寸振幅分布和光斑尺寸模体积模体积等相位面的分布等相位面的分布远场发散角远场发散角共焦腔共焦腔共焦腔共焦腔稳定

3、球面腔稳定球面腔X任意一个共焦腔与无穷多个稳定球面腔等价任意一个共焦腔与无穷多个稳定球面腔等价 思路：任一个共焦腔模有无穷多个等相位面，可构成无穷多个等价球面腔证明所有这些球面腔都是稳定腔X任一满足稳定性条件的球面腔唯一地等价于某一共任一满足稳定性条件的球面腔唯一地等价于某一共焦腔焦腔思路：由稳定球面腔的腔参数（R1、R2、L）可以唯一地解出一组数（z1、z2、f2），从而唯一地确定等价共焦腔基模高斯光束的基本性质及特征参数基模高斯光束的基本性质及特征参数(z)：与传播轴线相交于：与传播轴线相交于z点的高斯光束等相位面上的光斑半径点的高斯光束等相位面上的光斑半径R(z)：与传播轴线相交于与传播

4、轴线相交于z点的高斯光束等相位面的曲率半径点的高斯光束等相位面的曲率半径f是高斯光束的共焦参数是高斯光束的共焦参数复曲率半径fzfz参数参数WR参数参数 q参数参数高斯光束的聚焦和准直高斯光束的聚焦和准直高斯光束高斯光束q参数的变换规律参数的变换规律高斯光束特征参数高斯光束特征参数“辐射的受激发射光放大辐射的受激发射光放大”激光激光特点：特点：方向性好方向性好,单色性好单色性好,亮度高亮度高,相干性好相干性好 激激 光光 (Laser)(Laser)自发辐射自发辐射,受激吸收受激吸收,受激辐射受激辐射激光具有很高的光子简并度激光具有很高的光子简并度普通光源普通光源工作物质工作物质激励能源激励能

5、源谐振腔谐振腔光和物质光和物质的相互作用的相互作用光和物质的相互作用光和物质的相互作用均匀加宽工作物质的增益系数均匀加宽工作物质的增益系数非均匀加宽工作物质的增益系数非均匀加宽工作物质的增益系数自发辐射自发辐射,受激吸收受激吸收,受激辐射受激辐射速率方程速率方程谱线加宽谱线加宽自然加宽自然加宽多普勒加宽多普勒加宽碰撞加宽碰撞加宽稳态速率方程稳态速率方程均匀加宽工作物质的增益系数均匀加宽工作物质的增益系数 反转集居数 小信号增益系数 大信号本身的增益系数 强光入射时弱光的增益系数非均匀加宽工作物质的增益系数非均匀加宽工作物质的增益系数 大信号本身的增益系数 强光入射时弱光的增益系数烧孔效应 驻波

6、腔激光器工作物质中弱光的增益系数速率方程速率方程增益饱和增益饱和激激 光光 器器工作特性工作特性振荡振荡阈值阈值振荡模振荡模式式输出功率输出功率输出线宽输出线宽弛豫振荡弛豫振荡选选 模模调调Q/Q/锁模锁模/放大放大稳稳 频频谐振腔谐振腔理理 论论高斯光束高斯光束频率频率技术技术输出频率输出频率控制与改善控制与改善振荡和放大特性振荡和放大特性激光器振荡阈值条件（激光器振荡阈值条件（nt,gt,Ppt,Ept）激光器的振荡模式激光器的振荡模式起振与稳定工作条件起振与稳定工作条件激光器输出功率与能量激光器输出功率与能量弛豫振荡效应弛豫振荡效应单模激光器的线宽极限单模激光器的线宽极限频率牵引频率牵引

7、第五章第五章 激光振荡特性激光振荡特性小结小结光放大器概述光放大器概述横向均匀激励连续激光放大器横向均匀激励连续激光放大器纵向激励连续激光放大器掺铒光纤放大器纵向激励连续激光放大器掺铒光纤放大器放大的自发辐射放大的自发辐射(ASE)(ASE)第六章第六章 激光放大特性激光放大特性第七章第七章 激光器特性的控制与改善激光器特性的控制与改善 1.模式选择技术（横模和纵模）模式选择技术（横模和纵模）2.稳频技术稳频技术 3.Q调制技术调制技术 4.锁模技术锁模技术1、LASER英文名称的含义是什么？激光是何时发明的？2、激光的基本特性是什么？3、激光器主要由哪些部分组成？各部分的作用是什么？4、什么

8、是黑体辐射？5、什么是光波模式和光子态？6、如何理解光的相干性？何谓相干时间、相干长度?7、什么是光子简并度？8、激光的基本物理基础是什么？9、描述能级的光学跃迁的三大过程，并写出它们的特征和跃迁几率。10、Einstein系数有哪些？他们之间的关系是什么？11、什么是热平衡时能级粒子数的分布？12、产生激光的必要条件是什么？13、什么是粒子数反转？如何实现粒子数反转？14、如何定义激光增益？15、什么是自激振荡？产生激光振荡的条件是什么？第一章第一章 激光的基本原理激光的基本原理思考题第二章第二章 开放式光腔与高斯光束开放式光腔与高斯光束1、什么是谐振腔的谐振条件？2、如何计算纵模的频率、纵

9、模间隔和纵模的数目?3、在激光谐振腔中有哪些损耗因素？4、哪些参数可以描述谐振腔的损耗？它们的关系如何？5、熟悉矩阵光学，会进行推导。6、什么是激光谐振腔的稳定性条件？7、画出激光谐振腔的稳定性图，并标出几种典型的谐振腔在图中的位置。8、如何理解激光谐振腔衍射理论的自再现模？9、求解菲涅耳基尔霍夫衍射积分方程得到的本征函数和本征值各代表什么？10、能画出圆形镜、方形镜几个横模的光斑花样吗？思考题11、如何计算基模高斯光束的主要参量：腰斑的大小、腰斑的位置、镜面上光斑的大小、任意位置处激光光斑的大小、等相位面曲率半径、光束的远场发散角、模体积？12、高阶高斯光束有哪些？13、什么是一般稳定球面腔

10、与共焦腔的等价性?14、如何计算一般稳定球面腔的主要参量？15、什么是腔的菲涅耳数？它与腔的损耗有什么关系？16、高斯光束的表征方法有哪些？什么是q参数？17、高斯光束q参数的变换规律是什么？18、什么是高斯光束的自再现变换？19、高斯光束的自再现变换与稳定球面腔有什么关系？20、非稳腔与稳定腔的区别是什么？举例说明哪些是非稳腔？第四章第四章 光和物质的相互作用光和物质的相互作用1.激光器的理论有哪些？2.什么是谱线加宽？有哪些加宽类型？加宽机制是什么？3.如何定义线型函数和谱线宽度？4.如何理解均匀加宽和非均匀加宽？5.如何求自然加宽、碰撞加宽和多普勒加宽的线宽？6.如何理解受激发射截面？与

11、哪些因素有关？7.分析三能级和四能级系统中粒子在各能级之间的跃迁过程，8.并写出速率方程。8.说明均匀加宽和非均匀加宽工作物质中增益饱和的机理，9.并写出激光增益的表达式。9.饱和光强有什么含义？怎么定义的？10.什么是小信号增益、大信号增益？11.在强光入射下，均匀加宽和非均匀加宽工作物质中，弱光的增益系数如何变化?12.描述非均匀加宽工作物质中增益饱和的“烧孔效应”，并说明原理.思考题第五章第五章 激光振荡特性激光振荡特性1、激光器的振荡条件是什么？稳定工作条件又是什么？2、激光器的阈值参数怎么计算？3、在均匀加宽和非均匀加宽激光器中模式竞争有什么不同？4、如何计算均匀加宽单模激光器的输出功率？5、为什么存在最佳透过率？如何计算？6、什么是兰姆凹陷？7、什么是激光器的驰豫振荡现象？如何定性解释？8、为什么存在线宽极限？它取决于什么？9、什么是频率牵引？思考题小结小结1，什么是光放大器?2.什么是放大的自发辐射(ASE)?第六章第六章 激光放大特性激光放大特性思考题第七章第七章 激光器特性的控制与改善激光器特性的控制与改善 1.什么是模式选择，有哪些技术?2.怎样稳频?3.什么是调Q，调Q的原理，有哪些调Q技术?4.什么是锁模技术?思考题