激光原理復習提綱

1、 激光的基本特性：單色性好；方向性好；強度高；相干性好。2、 原子能級與簡并度答：原子能級：電子在原子系統(tǒng)中運動時，可以處在一系列不同的殼層狀態(tài)運動時，相應(yīng)地有一系列分立的不連續(xù)的能量。簡并度：兩個或兩個以上的不同運動狀態(tài)的電子可以具有相同的能級,這樣的能級叫做簡并能級。同一個能級所對應(yīng)的不同電子運動狀態(tài)的數(shù)目，叫作簡并度。3、 熱平衡時的能級粒子數(shù)分布答：4、 能級的三個躍遷過程，特征和躍遷幾率、愛因斯坦系數(shù)5、 自然增寬、碰撞增寬、多普勒增寬、均勻增寬、非均勻增寬以及其影響因素6、 產(chǎn)生激光的三個必要條件答：1.激勵能源；2.亞穩(wěn)態(tài)物質(zhì)；3.光學諧振腔。7、 光學諧振腔的穩(wěn)定條件，什么是穩(wěn)定腔和非穩(wěn)腔，什么是自再現(xiàn)模。答：穩(wěn)定腔：腔中任一束傍軸光線經(jīng)過任意多次往返傳播而不逸出腔外的諧振腔。非穩(wěn)腔：腔中任一束傍軸光線經(jīng)過任意多次往返傳播會逸出腔外的諧振腔。自再現(xiàn)模：光束在諧振腔經(jīng)過多次反射，光束的橫向場分布趨于穩(wěn)定，場分布在腔內(nèi)往返傳播一次后再現(xiàn)出來，反射只改變光的強度大小，而不改變光的強度分布。8、 能畫出圓形鏡、方形鏡幾個橫模的光斑花樣答：9、 三能級系統(tǒng)和四能級系統(tǒng)，粒子的抽運跳躍過程，以及兩者區(qū)別(P48)區(qū)別: 比起三能級系統(tǒng)來，四能級系統(tǒng)對光激勵能量的要求就沒那么高。10、 什么是粒子數(shù)反轉(zhuǎn)？如何實現(xiàn)答: 粒子數(shù)反轉(zhuǎn)：把處于基態(tài)的原子大量激發(fā)到亞穩(wěn)態(tài)E2，處于高能級E2的原子數(shù)就可以大大超過處于低能級E1的原子數(shù)，從而使之產(chǎn)生激光。（1）、泵浦功率大，抽運速率必須足夠快 （2）、有亞穩(wěn)態(tài)能級存在，且能級壽命長的好。11、 什么是增益？什么是小信號增益？什么是增益飽和答：光的放大叫做增益。小信號增益是在入射光的光強很小時的增益。增益飽和：當入射光的光強增大到一定程度后，增益系數(shù)隨著光強的增大而減少。12、 什么是燒孔效應(yīng)，什么是蘭姆凹陷。其產(chǎn)生機制是什么？答：增益系數(shù)在 和 處下降的現(xiàn)象稱為增益系數(shù)的”燒孔效應(yīng)”13、 激光器的損耗有那些？是什么原因造成的答：內(nèi)部損耗：在增益介質(zhì)內(nèi)部由于成分不均勻，粒子數(shù)密度不均勻，或者有缺陷，光波通過這樣的節(jié)制時就會發(fā)生折射、散射，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：由鏡面上透射出來作為激光器對外輸出的t1I（或t2I），鏡面的散射、吸收，以及由于光的衍射使光束擴散到反射鏡范圍以外而造成的損耗。14、 如何計算對稱共焦腔的主要參量：束腰半徑、鏡面光束半徑、曲率半徑、遠場發(fā)散角等等。15、 為什么會存在激光器的線寬極限答：由于自發(fā)輻射造成的激光線寬是消除了其他各種是激光器線寬增加的因素后，最終可以達到的最小線寬。16、 縱模間距和模式數(shù)目（注意：視為有10個縱模；單縱模條件：）17、 熟悉單縱模選取的方法18、 影響激光器頻率穩(wěn)定的因素？怎樣可以實現(xiàn)穩(wěn)頻？答：影響因素：腔長變化、折射率的變化。穩(wěn)頻方法：1、利用熱膨脹系數(shù)低的材料制作諧振腔的間隔器；或?qū)崤蛎浵禂?shù)為負值的材料與熱膨脹系數(shù)為正值的材料按一定長度配合，以使熱膨脹互相抵消，實現(xiàn)穩(wěn)頻。2、把單頻激光器的頻率與某個穩(wěn)定的參考頻率相比較，當振蕩頻率偏離參考頻率時，鑒別器就產(chǎn)生一個正比于偏離量的誤差信號，該信號經(jīng)放大后又通過反饋系統(tǒng)返回來控制腔長，使振蕩頻率回到標準的參考頻率上，實現(xiàn)穩(wěn)頻。19、 高斯光束聚焦、準直、擴束的結(jié)果理解和應(yīng)用答：20、 電光調(diào)制原理答：電光調(diào)制是利用某些晶體材料在外加電場作用下折射率發(fā)生變化的電光效應(yīng)而進行工作的。根據(jù)加在晶體上電場的方向與光束在晶體中傳播的方向不同，可分為縱向調(diào)制和橫向調(diào)制。21、 什么是調(diào)Q技術(shù)？原理和目的是什么？簡單了解電光調(diào)Q、聲光調(diào)Q等答：調(diào)Q技術(shù)是：用調(diào)節(jié)諧振腔的Q值以獲得激光巨脈沖的技術(shù)原理和目的：采用某種辦法使諧振腔在泵浦開始時處于高損耗低Q值狀態(tài)，這時激光振蕩的閾值很高，粒子密度反轉(zhuǎn)數(shù)即使積累到很高水平也不會產(chǎn)生振蕩；當密度反轉(zhuǎn)數(shù)達到其峰值時，突然使腔的Q值增大，將導致激光介質(zhì)的增益大大超過閾值，極其快速地產(chǎn)生振蕩。這時儲存在亞穩(wěn)態(tài)上的粒子所 具有的能量會很快轉(zhuǎn)換為光子的能量，光子像雪崩一樣以極高的速率增長，激光器便可輸出一個峰值功率高、寬度的激光巨脈沖。電光調(diào)Q：利用晶體的電光效應(yīng)作為Q開關(guān)的元件。聲光調(diào)Q：在激光諧振腔內(nèi)放聲光偏轉(zhuǎn)器，當光通過介質(zhì)中的超聲時，由于衍射造成光的偏折，就會增加損耗而改變腔的Q值。22、 什么是鎖模技術(shù)？原理和目的是什么？其周期等參數(shù)的計算答：鎖模技術(shù)是進一步對激光進行特殊的調(diào)制，強迫激光器中振蕩的各個縱模的相位固定，使各模式相干疊加以得到超短脈沖的技術(shù)。目的：得到脈寬為飛秒量級、峰值、功率高于T瓦量級的超短激光脈沖。周期： T=2L/C脈沖寬度：T/（2N+1）光強：I=（2N+1）2*E23、 對幾個典型固體激光器和氣體激光器的理解（工作物質(zhì)、波長、特點）答：答：固體激光器：1、紅寶石激光器：工作物質(zhì)：三氧化鋁中摻入少量的氧化鉻生成的晶體波 長：熒光譜線有兩條:R1=0.6943um和R2=0.6929um特 點：優(yōu)點是機械強度高，容易生長大尺寸晶體，容易獲得大能量的單模輸出，輸出的紅顏色激光不但可見，而且適于用硅探測器進行探測。缺點閾值高和溫度效應(yīng)非常嚴重。2、摻釹釔鋁榴石激光器：工作物質(zhì)：將一定比例的AL2O3、Y2O3和Nd2O3在單晶爐中進行熔化，并結(jié)晶形成。波 長：1.35um和1.06um 特 點：突出優(yōu)點是閾值低和具有優(yōu)良的熱學性質(zhì)。氣體激光器：1、 He-Ne激光器：工作物質(zhì)：Ne原子，激光輻射發(fā)生在Ne原子的不同能級之間。He氣主要提高Ne原子泵浦速率的輔助作用。波 長：激光譜線三條0.6328um、1.15um和3.39um特 點：具有結(jié)構(gòu)簡單，使用方便。光束質(zhì)量好，工作可靠和制造容易2、二氣化碳激光器：工作物質(zhì)：CO2波 長：10.3um和9.6um特 點：既能連續(xù)工作，又能脈沖工作，輸出功率大，效率高。能量轉(zhuǎn)換高達20%-25%。連續(xù)功率可達104瓦量級。脈沖輸出能量可達104焦耳量級，脈沖寬度可壓縮到納秒級。2、 產(chǎn)生模式競爭的原因是什