二部分III激光產(chǎn)生的基本原ppt課件

1、激光的根本原理及特性激光的根本原理及特性第二部分激光產(chǎn)生的根本原理三、激光產(chǎn)生的根本原理三、激光產(chǎn)生的根本原理一、激光的構(gòu)成及產(chǎn)生的根本條件一、激光的構(gòu)成及產(chǎn)生的根本條件1、粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布、粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布反轉(zhuǎn)分布EE1E2n1 n2n3EnKTEEenn1212玻爾茲曼分布E1E2n1n2n3112112221221nBnwnBnw單位時間內(nèi)STE添加的光子數(shù)密度單位時間內(nèi)STA減少的光子數(shù)密度激光的根本原理及特性激光的根本原理及特性反轉(zhuǎn)分布 受激輻射 占主導 光放大 有增益正常分布 受激吸收 占主導 光衰減，吸收 11221122nffnnffnN2 N1增益介質(zhì)：處于粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布形狀的物

2、質(zhì)增益介質(zhì)：處于粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布形狀的物質(zhì)為實現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布，要求在單位時間內(nèi)激發(fā)到上能級的粒子數(shù)密度越多越好，為實現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布，要求在單位時間內(nèi)激發(fā)到上能級的粒子數(shù)密度越多越好，下能級的粒子數(shù)越少越好，上能級粒子數(shù)的壽命長些好。下能級的粒子數(shù)越少越好，上能級粒子數(shù)的壽命長些好。第二部分激光產(chǎn)生的根本原理激光的根本原理及特性激光的根本原理及特性2、激光器的根本構(gòu)造、激光器的根本構(gòu)造2121Awn 121nwSTE光子集中在幾個方式 開放式光諧振腔使特定軸向方式的添加, 其它非軸向方式數(shù) 逸出腔外，使軸向模有很高的光子簡并度。 任務物質(zhì), 光學諧振腔, 鼓勵能源是普通激光器的三個根本部分。軸

3、向模非軸向模技術(shù)思想的艱苦突破 F-P 光諧振腔第二部分激光產(chǎn)生的根本原理激光的根本原理及特性激光的根本原理及特性3、激光產(chǎn)生的根本條件及激光構(gòu)成過程、激光產(chǎn)生的根本條件及激光構(gòu)成過程根本條件：根本條件：1、實現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)粒子數(shù)反常分布2、滿足閾值條件增益大于或等于損耗激光構(gòu)成過程：激光構(gòu)成過程：泵浦抽運粒子數(shù)反轉(zhuǎn)受激放大振蕩放大到達閾值激光輸出閾值：產(chǎn)生激光所要需的最低能量閾值：產(chǎn)生激光所要需的最低能量 粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布是STE占優(yōu)勢產(chǎn)生激光的前提條件 依托外界向物質(zhì)提供能量泵浦或稱鼓勵才干突破熱平衡， 實現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn) 鼓勵泵浦能源是激光器根本組成部分之一 光(閃光燈，激光)、電(氣體放電，電

4、注入)、化學 、核 第二部分激光產(chǎn)生的根本原理激光的根本原理及特性激光的根本原理及特性二、光學諧振腔及激光的方式二、光學諧振腔及激光的方式1、光腔的構(gòu)成及穩(wěn)定條件、光腔的構(gòu)成及穩(wěn)定條件 光學諧振腔的作用：提供反響和方式選擇光學諧振腔的作用：提供反響和方式選擇另：折疊腔、環(huán)形腔、復合腔 復合腔腔內(nèi)參與其它光學元件，如透鏡，F(xiàn)P規(guī)范具等 (a) (a) 閉腔閉腔 (b) (b) 開腔開腔 (c) (c) 氣體波導腔氣體波導腔 腔的構(gòu)成與分類腔的構(gòu)成與分類h1h2h3半導體激光器半導體激光器介質(zhì)波導腔介質(zhì)波導腔h2 0; 凸面鏡 R L， L，或者R 1 L， R 2 L腔的模體積大于共焦腔，普通用

5、于中小功率激光器。4、平凹腔：、平凹腔：當 L R/2 時為半共焦腔，普通也常用于中小功率激光器。第二部分激光產(chǎn)生的根本原理激光的根本原理及特性激光的根本原理及特性2、激光器中常用光學諧振腔的構(gòu)造方式、激光器中常用光學諧振腔的構(gòu)造方式5 5、實共心腔：、實共心腔： R R R R 1 1 對稱共心腔：對稱共心腔： 126 6、虛共焦腔：、虛共焦腔： R /2 R /2 R /2R /2 L L， 12R 1R 2 L/2非穩(wěn)腔的特點: 具有較大的模體積 具有較好的選模才干 能實現(xiàn)光束的側(cè)向耦合輸出第二部分激光產(chǎn)生的根本原理激光的根本原理及特性激光的根本原理及特性3、諧振腔的縱模及駐波條件、諧振

6、腔的縱模及駐波條件1)1)、 方式表示方法及方式特征參數(shù)方式表示方法及方式特征參數(shù) TEMmnqTEMmnqTransverse Electromagnetic waveTransverse Electromagnetic wave m, n m, n 橫模指數(shù)橫模指數(shù) ； q q 縱模指數(shù)縱模指數(shù) 方式主要特征：方式主要特征： * * 場分布，諧振頻率，往返損耗，發(fā)散角場分布，諧振頻率，往返損耗，發(fā)散角 沿光軸方向縱向場分布 E(z) 縱模場分布場分布垂直于光軸方向(橫向)場分布E(x,y)橫模2 2、 縱?？v模 干涉儀實際干涉儀實際 具有一樣的縱向場分布的方式具有一樣的縱向場分布的方式第二

7、部分激光產(chǎn)生的根本原理激光的根本原理及特性激光的根本原理及特性L 駐波場分布tkzEEsinsin20 縱模間隔 LcLcqLcqq2221Lcq2 不同的縱模對應腔內(nèi)不同的駐波場分布 縱模序數(shù)q 對應駐波場波節(jié)個數(shù)，q 很大，不計L 3、駐波條件相長干涉條件、駐波條件相長干涉條件22qqLqLLLcqqh;2模譜第二部分激光產(chǎn)生的根本原理激光的根本原理及特性激光的根本原理及特性4、橫模及橫模的構(gòu)成、橫模及橫模的構(gòu)成橫模一樣的橫向場分布的方式不同光斑花樣橫模一樣的橫向場分布的方式不同光斑花樣2旋轉(zhuǎn)對稱 TEMmn m暗直徑數(shù)；n暗環(huán)數(shù)(半徑方向)TEM00TEM01TEM02TEM10TEM20TEM301x, y 軸對稱 TEMmn mX向暗區(qū)數(shù) nY向暗區(qū)數(shù)TEM00TEM10TEM20TEM03TEM11TEM31 基(橫)模 TEM00 光斑軸對稱或旋轉(zhuǎn)對稱分布取決于增益介質(zhì)的幾何外形 增益介質(zhì)的不均