激光原理第一章15

1、太原理工大學(xué)物理與光電工程學(xué)院太原理工大學(xué)物理與光電工程學(xué)院第五節(jié)第五節(jié) 激光的特性激光的特性 激光的特性激光的特性 激光的模式激光的模式 激光的空間相干性和方向性激光的空間相干性和方向性 激光的時間相干性和單色性激光的時間相干性和單色性 激光的高亮度激光的高亮度太原理工大學(xué)物理與光電工程學(xué)院太原理工大學(xué)物理與光電工程學(xué)院一、激光的特性一、激光的特性單色性、相干性、方向性、高亮度單色性、相干性、方向性、高亮度激光具有很高的光子簡并度，在很大激光具有很高的光子簡并度，在很大的相干體積內(nèi)有很高的相干光強。的相干體積內(nèi)有很高的相干光強。相干性：時間相干性、空間相干性、相干光強相干性：時間相干性、空間

2、相干性、相干光強太原理工大學(xué)物理與光電工程學(xué)院太原理工大學(xué)物理與光電工程學(xué)院二、激光的模式二、激光的模式1 1、縱模：光腔模式的縱向、縱模：光腔模式的縱向( (腔軸方向或傳播方向的腔軸方向或傳播方向的) )的光場的光場E(z)E(z)分布。分布。3 3、激光模式的表示：、激光模式的表示：m m、n n分別表示分別表示x x和和y y方向或輻角和徑向方向或輻角和徑向方向上光場通過零次的次數(shù)。方向上光場通過零次的次數(shù)。q q為整為整數(shù)，表示軸向駐波的波節(jié)數(shù)目。數(shù)，表示軸向駐波的波節(jié)數(shù)目。2 2、橫模：垂、橫模：垂直于直于光光傳播方向的橫截面?zhèn)鞑シ较虻臋M截面內(nèi)內(nèi)的的光場光場E(x,y)E(x,y)分

3、布分布。mnqTEM00TEM基橫?；鶛M模太原理工大學(xué)物理與光電工程學(xué)院太原理工大學(xué)物理與光電工程學(xué)院三、激光的空間相干性和方向性三、激光的空間相干性和方向性1 1、關(guān)系：方向性越好，則光束的空間相干性越好、關(guān)系：方向性越好，則光束的空間相干性越好。方向性描述：用光束發(fā)散角。發(fā)散角越小，光束方向性描述：用光束發(fā)散角。發(fā)散角越小，光束 方向性越好。方向性越好。對普通光：只有當光束發(fā)散角小于某一限寬即：對普通光：只有當光束發(fā)散角小于某一限寬即： 時，光束才具有明顯的時，光束才具有明顯的x空間相干空間相干性。性。對理想的平面波：對理想的平面波： ，故具有完全的空間，故具有完全的空間 相干性。相干性。

4、02 2、影響激光空間相干性和方向性的因素、影響激光空間相干性和方向性的因素太原理工大學(xué)物理與光電工程學(xué)院太原理工大學(xué)物理與光電工程學(xué)院橫模的影響橫模的影響工作在單橫模，則方向性好，同時，同一模式內(nèi)工作在單橫模，則方向性好，同時，同一模式內(nèi)的光波場是空間相干的；工作在多橫模，則方向性的光波場是空間相干的；工作在多橫模，則方向性差，同時，不同模式內(nèi)的光波場是空間非相干的。差，同時，不同模式內(nèi)的光波場是空間非相干的?；鶛M模基橫模TEMTEM0000的發(fā)散角小，方向性好。高次橫模的發(fā)散角小，方向性好。高次橫模的發(fā)散角大，方向性差。的發(fā)散角大，方向性差。工作物質(zhì)的均勻程度、光腔類型、腔長、激勵方工作物

5、質(zhì)的均勻程度、光腔類型、腔長、激勵方式、激光器的工作狀態(tài)的影響式、激光器的工作狀態(tài)的影響光衍射效應(yīng)的影響光衍射效應(yīng)的影響激光所能達到的最小光束發(fā)激光所能達到的最小光束發(fā)散角不能小于激光通過輸出散角不能小于激光通過輸出孔徑時的衍射極限角?？讖綍r的衍射極限角。aam2222. 12a2a：光腔輸出孔徑：光腔輸出孔徑太原理工大學(xué)物理與光電工程學(xué)院太原理工大學(xué)物理與光電工程學(xué)院受激光器類型的影響受激光器類型的影響氣體激光器氣體激光器固體激光器固體激光器半導(dǎo)體激光器半導(dǎo)體激光器激光方向性依次變差！激光方向性依次變差！3 3、提高激光空間相干性和方向性的方法、提高激光空間相干性和方向性的方法控制激光器工作

6、在單橫基模控制激光器工作在單橫基模提高工作物質(zhì)均勻性、增加腔長等。提高工作物質(zhì)均勻性、增加腔長等。4 4、激光的空間相干性和方向性對激光聚焦的影響、激光的空間相干性和方向性對激光聚焦的影響空間相干性和方向性越好，則越易被聚焦成小空間相干性和方向性越好，則越易被聚焦成小的光斑，形成高能量密度。的光斑，形成高能量密度。太原理工大學(xué)物理與光電工程學(xué)院太原理工大學(xué)物理與光電工程學(xué)院四、激光的時間相干性和單色性四、激光的時間相干性和單色性2 2、關(guān)系：單色性越好，則時間相干性越好。、關(guān)系：單色性越好，則時間相干性越好。1 1、時間相干性描述復(fù)習(xí)、時間相干性描述復(fù)習(xí)相干時間相干時間 相干長度相干長度 線寬

7、線寬 ( (單色性單色性) )ccL3 3、單色性、時間相干性與激光模式的關(guān)系、單色性、時間相干性與激光模式的關(guān)系(1)(1)對單橫模對單橫模TEMTEM0000工作的激光器，激光的單色性和工作的激光器，激光的單色性和時間相干性取決于縱模結(jié)構(gòu)和模式的頻帶寬度。時間相干性取決于縱模結(jié)構(gòu)和模式的頻帶寬度?？v模數(shù)越少，單模線寬越窄，則單色性和時間相縱模數(shù)越少，單模線寬越窄，則單色性和時間相干性越好。干性越好。1ccLcc太原理工大學(xué)物理與光電工程學(xué)院太原理工大學(xué)物理與光電工程學(xué)院(2)(2)多縱模工作時，單色性差。多縱模工作時，單色性差。(3)(3)單縱模工作時，單色性好。實際的激光器中，單縱模工作

8、時，單色性好。實際的激光器中，單色性的好壞與一系列的不穩(wěn)定性因素有關(guān)，即取單色性的好壞與一系列的不穩(wěn)定性因素有關(guān)，即取決于縱模頻率的穩(wěn)定性或動態(tài)單縱模特性。決于縱模頻率的穩(wěn)定性或動態(tài)單縱模特性。(4)(4)提高激光時間相干性和單色性的根本措施提高激光時間相干性和單色性的根本措施控制激光器工作在單縱模，且采取穩(wěn)頻措施使其動控制激光器工作在單縱模，且采取穩(wěn)頻措施使其動態(tài)單模工作。態(tài)單模工作。太原理工大學(xué)物理與光電工程學(xué)院太原理工大學(xué)物理與光電工程學(xué)院五、激光的高亮度五、激光的高亮度 激光具有極高的光子簡并度，因而具有極高激光具有極高的光子簡并度，因而具有極高的單色亮度！的單色亮度！1()PBs 1 1、光源的亮度、光源的亮度B:B:單位截面和單位立體角內(nèi)發(fā)射的單位截面和單位立體角內(nèi)發(fā)射的光功率。光功率。2()PBs 2 2、光源的單色亮度、光源的單色亮度B B：單位截面、單位頻帶寬：單位截面、單位頻帶寬度和單位立體角內(nèi)發(fā)射的光功率。度和單位立體角內(nèi)發(fā)射的光功率。太原理工大學(xué)物理與光電工程學(xué)院太原理工大學(xué)物理與光電工程學(xué)院 光源的單色