激光原理1.ppt

* 激 光 原 理 第一章：概述激光器基本原理 第二章：开放式光谐振腔理论 与高斯光束 第四章：阐明光和物质相互作用的基本物理过程 第五章、第六章：激光振荡和放大理论 第七章：介绍控制和改善激光器特性的基本技术 第九章：介绍典型激光器的工作原理及特性 对激光技术中的物理问题有较系统全面的认识； 内 容 概 要 激光原理 目标 建立正确的基本概念； 掌握一定的有关激光器技术方面的知识。 绪 论 一、激光的特性 1. 方向性好 激光原理 . 绪论 2. 单色性好 激光原理 . 绪论 3. 能量集中 4. 相干性好 激光原理 . 绪论 空间高度集中：亮度比太阳表面高 倍。 时间高度集中：功率峰值为 瓦。 二、激光的应用 1. 工业应用 精密测量(距离、位移) 激光加工(切割、焊接、打孔、雕刻) 光谱分析 2. 医学应用 眼科 普通外科 牙科 皮肤科 激光原理 . 绪论 3. 军事应用 激光制导 激光测距 激光侦察 大气激光通信 激光原理 . 绪论 激光武器 激光原理 . 绪论 4. 日常应用 激光打印机 电脑光驱 CD/VCD 条形码扫描器 激光防伪 激光霓虹灯 激光原理 . 绪论 激光原理 . 绪论 5. 通信领域的应用 （1）空间激光通信 激光原理 . 绪论 （2）光纤通信 激光原理 . 绪论 光纤的优越性： ? 宽带 ? 不受电磁干扰 ? 重量轻 ? 低损耗 光纤通信用光源： 短距离通信用0.85um； 长距离通信用1.31um，1.55um 光纤放大器： 1.55um波段的掺铒光纤放大器（EDFA）； 1.31um的掺镨光纤放大器（PDFA）； 1.27～1.67um全光波段的拉曼放大器（RFA） 1480nm和980nm波长的半导体激光器是EDFA的泵浦光源 三、激光技术发展史 1.1917年：爱因斯坦在《关于辐射的量子力学?一文预言了 原子受激辐射发光的可能性，即存在激光的可能性; 2. 20世纪50年代：汤斯和肖洛的光激射器理论； 激光器方案的提出； 3. 1960年：梅曼(Maiman)制成世界上第一台激光器； 4.1960年至今：激光技术飞速发展。 四、 Laser －“激光” Laser “通过受激辐射实现光放大” Light Amplification of Stimulated Emission of Radiation 激光原理 . 绪论 五、激光器种类 根据工作物质 固体激光器 气体激光器 液体激光器 半导体激光器 ：红宝石，Nd:YAG，钕玻璃 ：He—Ne，CO2，离子激光器 ：染料激光器 激光原理 . 绪论 第一章 激光的基本原理 §1.1 相干性的光子描述 光波模式、光子状态、相格、相干体积 一、光波模式与光子态 光的波粒二象性 波动说 微粒说 激光原理 . 第一章 －电磁理论 －波动属性： 光波模式 －光子理论 －粒子属性： 光子态 1. 光波模式（用波动观点求光波模式数） 波矢： ：波的传播方向 一个波矢对应两个光波模式 激光原理 . 第一章 有限空间V内： 存在具有特定波矢的单色平面驻波。 驻波条件 m、n、q为正整数 激光原理 . 第一章 自由空间中：具有任意波矢的单色平面波都可能存在； 每组m、n、q对应一种光波模式（含两个偏振态） 激光原理 . 第一章 相邻模间隔： 波矢空间中每个光波模式所占体积： 第一象限中 区间体积： 此体积内光波模式数： 激光原理 . 第一章 V体积空腔内， 频率 内 光波模式数： 2. 光子（状）态： 相空间： 空间坐标 动量 相空间内一点表示质点的一个运动状态。 测不准关系： 相格：同一光子态的光子所占的相空间体积元。 结论1：同一相格中的光子运动状态无法区分， 它们属于同一光子态。 激光原理 . 第一章 结论2：一个光波模式 一个光子态。 二、光子的相干性 相干光波：频率相同、振动方向一致、位相差恒定的两束光波。 空间相干性 相干长度：沿传播方向的相干长度。 相干面积：垂直于光传播方向截面上的相干面积。 相干体积：空间体积 内各点的光波场都具有明显 的相干性，则 为相干体积。 激光原理 . 第一章 单色性越好，相干性就越好 激光原理 . 第一章 相干时间：光沿传播方向通过相干长度 所需的时间。 由杨氏双缝干涉实验讨论光波的相干体积： 两光波场具有明显相干性的条件： 光源的相干面积 激光原理 . 第一章 光源的相干体积： 激光原理 . 第一章 结论