激光原理復習教學內(nèi)容

1、激光原理復習 振幅分布和光斑尺寸振幅分布和光斑尺寸 模體積模體積 等相位面的分布等相位面的分布 遠場發(fā)散角遠場發(fā)散角共焦腔共焦腔共焦腔共焦腔穩(wěn)定球面腔穩(wěn)定球面腔X任意一個共焦腔與無窮多個穩(wěn)定球面腔等價任意一個共焦腔與無窮多個穩(wěn)定球面腔等價 思路：任一個共焦腔模有無窮多個等相位面，可構(gòu)成無窮多個等價球面腔證明所有這些球面腔都是穩(wěn)定腔X任一滿足穩(wěn)定性條件的球面腔唯一地等價于某一共任一滿足穩(wěn)定性條件的球面腔唯一地等價于某一共焦腔焦腔思路：由穩(wěn)定球面腔的腔參數(shù)（R1、R2、L）可以唯一地解出一組數(shù)（z1、z2、f2），從而唯一地確定等價共焦腔基模高斯光束的基本性質(zhì)及特征參數(shù)基模高斯光束的基本性質(zhì)及特征

2、參數(shù)202022)(1)(12)1 (2)(fzfzfzLzs22( )1 () ()fzffRR zzfzzfzzff020, (z)：與傳播軸線相交于：與傳播軸線相交于z點的高斯光束等相位面上的光斑半徑點的高斯光束等相位面上的光斑半徑R(z)：與傳播軸線相交于與傳播軸線相交于z點的高斯光束等相位面的曲率半徑點的高斯光束等相位面的曲率半徑f是高斯光束的共焦參數(shù)是高斯光束的共焦參數(shù)) z (wi) z (R1) z ( q12復曲率半徑)z()(2ffzwzfz)z(R2ifz(z)q) z (wi) z (R1) z ( q12fzfz參數(shù)參數(shù)WR參數(shù)參數(shù) q參數(shù)參數(shù)高斯光束的聚焦和準直高斯

3、光束的聚焦和準直高斯光束高斯光束q參數(shù)的變換規(guī)律參數(shù)的變換規(guī)律高斯光束特征參數(shù)高斯光束特征參數(shù) “ “輻射的受激發(fā)射光放大輻射的受激發(fā)射光放大”激光激光特點：特點：方向性好方向性好, ,單色性好單色性好, ,亮度高亮度高,相干性好相干性好 激激 光光 (Laser)(Laser) 自發(fā)輻射自發(fā)輻射,受激吸收受激吸收,受激輻射受激輻射激光具有很高的光子簡并度激光具有很高的光子簡并度普通光源普通光源工作物質(zhì)工作物質(zhì)激勵能源激勵能源諧振腔諧振腔光和物質(zhì)光和物質(zhì)的相互作用的相互作用光和物質(zhì)的相互作用光和物質(zhì)的相互作用均勻加寬工作物質(zhì)的增益系數(shù)均勻加寬工作物質(zhì)的增益系數(shù)非均勻加寬工作物質(zhì)的增益系數(shù)非均勻

4、加寬工作物質(zhì)的增益系數(shù)自發(fā)輻射自發(fā)輻射,受激吸收受激吸收,受激輻射受激輻射速率方程速率方程譜線加寬譜線加寬自然加寬自然加寬多普勒加寬多普勒加寬碰撞加寬碰撞加寬穩(wěn)態(tài)速率方程穩(wěn)態(tài)速率方程 均勻加寬工作物質(zhì)的增益系數(shù)均勻加寬工作物質(zhì)的增益系數(shù) 反轉(zhuǎn)集居數(shù) 小信號增益系數(shù) 大信號本身的增益系數(shù) 強光入射時弱光的增益系數(shù) 非均勻加寬工作物質(zhì)的增益系數(shù)非均勻加寬工作物質(zhì)的增益系數(shù) 大信號本身的增益系數(shù) 強光入射時弱光的增益系數(shù)燒孔效應 駐波腔激光器工作物質(zhì)中弱光的增益系數(shù)速率方程速率方程增益飽和增益飽和激激 光光 器器工作特性工作特性振蕩振蕩閾值閾值振蕩模振蕩模式式輸出功率輸出功率輸出線寬輸出線寬弛豫振蕩

5、弛豫振蕩選選 模模調(diào)調(diào)Q/Q/鎖模鎖模/ /放大放大穩(wěn)穩(wěn) 頻頻諧振腔諧振腔理理 論論高斯光束高斯光束頻率頻率技術(shù)技術(shù)輸出頻率輸出頻率控制與改善控制與改善振蕩和放大特性振蕩和放大特性 激光器振蕩閾值條件（激光器振蕩閾值條件（ nt, gt, Ppt, Ept） 激光器的振蕩模式激光器的振蕩模式 起振與穩(wěn)定工作條件起振與穩(wěn)定工作條件 激光器輸出功率與能量激光器輸出功率與能量 弛豫振蕩效應弛豫振蕩效應 單模激光器的線寬極限單模激光器的線寬極限 頻率牽引頻率牽引第五章第五章 激光振蕩特性激光振蕩特性小結(jié)小結(jié)光放大器概述光放大器概述橫向均勻激勵連續(xù)激光放大器橫向均勻激勵連續(xù)激光放大器縱向激勵連續(xù)激光放大

6、器摻鉺光纖放大器縱向激勵連續(xù)激光放大器摻鉺光纖放大器放大的自發(fā)輻射放大的自發(fā)輻射(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 激光器特性的控制與改善激光器特性的控制與改善 1. 模式選擇技術(shù)（橫模和縱模）模式選擇技術(shù)（橫模和縱模） 2. 穩(wěn)頻技術(shù)穩(wěn)頻技術(shù) 3. Q調(diào)制技術(shù)調(diào)制技術(shù) 4. 鎖模技術(shù)鎖模技術(shù)1 、 LASER英文名稱的含義是什么？激光是何時發(fā)明的？ 2、激光的基本特性是什么？ 3、激光器主要由哪些部分組成？各部分的作用是什么？ 4、什么是黑體輻射？5、什么是光波模式和光子態(tài)？ 6、如何理解光的相干性？何謂相干時間、相干長度?7、什么是光子簡并度？ 8、激光

7、的基本物理基礎(chǔ)是什么？ 9、描述能級的光學躍遷的三大過程，并寫出它們的特征和躍遷幾率。 10、Einstein系數(shù)有哪些？他們之間的關(guān)系是什么？11、什么是熱平衡時能級粒子數(shù)的分布？12、產(chǎn)生激光的必要條件是什么？13、什么是粒子數(shù)反轉(zhuǎn)？如何實現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)？14、如何定義激光增益？15、什么是自激振蕩？產(chǎn)生激光振蕩的條件是什么？第一章第一章 激光的基本原理激光的基本原理思考題第二章第二章 開放式光腔與高斯光束開放式光腔與高斯光束1、什么是諧振腔的諧振條件？ 2、如何計算縱模的頻率、縱模間隔和縱模的數(shù)目? 3、在激光諧振腔中有哪些損耗因素？ 4、哪些參數(shù)可以描述諧振腔的損耗？它們的關(guān)系如何？ 5

8、、熟悉矩陣光學，會進行推導。 6、什么是激光諧振腔的穩(wěn)定性條件？ 7、畫出激光諧振腔的穩(wěn)定性圖，并標出幾種典型的諧振腔在圖中的位置。 8、如何理解激光諧振腔衍射理論的自再現(xiàn)模？ 9、求解菲涅耳基爾霍夫衍射積分方程得到的本征函數(shù)和本征值各代表什么？ 10、能畫出圓形鏡、方形鏡幾個橫模的光斑花樣嗎？思考題11、如何計算基模高斯光束的主要參量：腰斑的大小、腰斑的位置、鏡面上光斑的大小、任意位置處激光光斑的大小、等相位面曲率半徑、光束的遠場發(fā)散角、模體積？12、高階高斯光束有哪些？13、什么是一般穩(wěn)定球面腔與共焦腔的等價性?14、如何計算一般穩(wěn)定球面腔的主要參量？15、什么是腔的菲涅耳數(shù)？它與腔的損耗

9、有什么關(guān)系？16、高斯光束的表征方法有哪些？什么是q參數(shù)？17、高斯光束q參數(shù)的變換規(guī)律是什么？18、什么是高斯光束的自再現(xiàn)變換？19、高斯光束的自再現(xiàn)變換與穩(wěn)定球面腔有什么關(guān)系？20、非穩(wěn)腔與穩(wěn)定腔的區(qū)別是什么？舉例說明哪些是非穩(wěn)腔？第四章第四章 光和物質(zhì)的相互作用光和物質(zhì)的相互作用1.激光器的理論有哪些？ 2.什么是譜線加寬？有哪些加寬類型？加寬機制是什么？ 3.如何定義線型函數(shù)和譜線寬度？ 4.如何理解均勻加寬和非均勻加寬？5. 如何求自然加寬、碰撞加寬和多普勒加寬的線寬？ 6. 如何理解受激發(fā)射截面？與哪些因素有關(guān)？ 分析三能級和四能級系統(tǒng)中粒子在各能級之間的躍遷過程，并寫出速率方程。

10、 說明均勻加寬和非均勻加寬工作物質(zhì)中增益飽和的機理，并寫出激光增益的表達式。 飽和光強有什么含義？怎么定義的？ 什么是小信號增益、大信號增益？在強光入射下，均勻加寬和非均勻加寬工作物質(zhì)中，弱光的增益系數(shù)如何變化?描述非均勻加寬工作物質(zhì)中增益飽和的“燒孔效應”，并說明原理. 思考題第五章第五章 激光振蕩特性激光振蕩特性1、激光器的振蕩條件是什么？穩(wěn)定工作條件又是什么？2、激光器的閾值參數(shù)怎么計算？3、在均勻加寬和非均勻加寬激光器中模式競爭有什么不同？4、如何計算均勻加寬單模激光器的輸出功率？5、為什么存在最佳透過率？如何計算？6、什么是蘭姆凹陷？7、什么是激光器的馳豫振蕩現(xiàn)象？如何定性解釋？8、為什么存在線寬極限？它取決于什么？9、什么是頻率牽引？ 思考題小結(jié)小結(jié)1，什么是光放大器?2.什么是放大的自發(fā)輻射(ASE)?第六章第六章 激光放大特性激光放大特性思考題第七章