第二次课激光原理详解.ppt

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激光形成的初始信号源于自发辐射 初始阶段:自发辐射的光子是向各方向发射的, 引起的受激辐射的方向也是随机的。 只有沿轴向传播的光才能在反射镜之间多次反射,形成雪崩式的连续光放大. 激励能源 全反镜R1 ? 1 部分反射镜R2 1 L 激光 激活介质 问题8:腔内增益必须达到多大才能形成激光振荡? 激光器内受激辐射光 来回传播时,并存着 增益——光的放大(即轴向传播的光多次穿越 工作物质时引起的受激辐射); 损耗——光的吸收、散射、衍射、透射(包括 一端的部分反射镜处必要的激光输出)等。 激光形成阶段:增益 > 损耗 激光稳定阶段:增益 = 损耗 增益 损耗 r1 r2 z δ—平均单程损耗因子 G — 平均单程增益系数 I0 — 初始光强 I — 腔内任意位置z处的光强 激光振荡阈值条件: G≥δ 腔内任意位置光强的变化为: 积分得: ——光子在腔内的平均寿命 ——谐振腔品质因子 Q 问题9:δ除与光强有关外,还与什么有关? 下面通过推导来理解其物理意义: 设t=0时刻的光强为I0,在无源腔中往返一次后,光强减少至I1,则 在腔中往返m次后,光强变为 定义腔的特征时间常数tR为 ——腔内光强衰减到初始值的1/e所需时间 当t = tR时 腔损耗 越大,则 越小,腔内光强衰减越快。 下面从腔内光子的角度理解tR的物理意义 设:n(t)为t时刻腔内光子数密度,n0为t = 0时光子数密度 当t = tR时,n(t)=n0/e 这dn(t)个光子在0~t时间内存在于腔中,经过无限小的dt后就不在腔里了,因此他们在腔中的寿命为t。 V 在dt时间间隔内, 光子数密度的减少量 ——腔内光子数密度衰减为初始值的1/e τR与光子寿命有何关系? 腔的特征时间常数tR,就是腔内光子的平均寿命! 谐振腔损耗越小,腔内光子寿命越长; 腔内有增益介质,使谐振腔净损耗减小,光子寿命变长。 所有n0个光子的平均寿命为: 问题10:谐振腔的品质因子是什么?它与δ有何关系? 2. 谐振腔内储存的能量 3. 单位时间内损耗的能量 1. 腔的品质因子Q值是衡量腔质量的一个重要的物理量,它表征腔的储能及损耗特征。定义为: Q 值高意味着腔的储能性好,损耗小。 4. 将2、3得到的式子代入1式,得到 可见:腔平均单程损耗因子、光子寿命、与腔的品质因子三个物理量之间是关联的,腔平均单程损耗因子越小,光子寿命越长,腔的品质因数就越高。 作业 P21 T6 总结 激光振荡的阈值条件 掌握: 激光的空间和时间相干性 激光原理 . 第一章 横模与纵模的概念、特点、影响因素 谐振腔的稳定条件 了解: 激光的应用 理解: 光子简并度和光源的单色亮度 激光器的种类 光子态、相格、相干体积 激光的产生条件 损耗、增益 品质因子Q、光谱线宽度、光子寿命 人有了知识,就会具备各种分析能力, 明辨是非的能力。 所以我们要勤恳读书,广泛阅读, 古人说“书中自有黄金屋。 ”通过阅读科技书籍,我们能丰富知识, 培养逻辑思维能力; 通过阅读文学作品,我们能提高文学鉴赏水平, 培养文学情趣; 通过阅读报刊,我们能增长见识,扩大自己的知识面。 有许多书籍还能培养我们的道德情操, 给我们巨大的精神力量, 鼓舞我们前进。 谢谢! * * * 第一章 激光的原理及技术基础 如何选择谐振腔? 激光振荡模式有哪些?有多少?什么样的模式能形成激光振荡? 要有多大的泵浦能量才能产生激光振荡? 问题1: 光学谐振腔有什么作用? 1.限制光束方向(沿轴线); 2.增强光放大作用(延长了工作物质); 3.限制光频率(选频)。 问题2:为什么要研究光学谐振腔? 1、组成腔的两个反射镜面的反射率; 2、反射镜的几何形状以及它们之间的组合方式; 3、两个腔镜之间的距离。 为了正确设计和使用谐振腔,使激光器的输出光束特性达到应用的要求。 问题3:谐振腔的哪些参数会影响输出光束 特性? 平平腔 由两块相距为L、平行放置的平面反射镜构成 双凹腔 由两块相距为L,曲率半径分别为R1和R2的凹球面反射镜构成 R1+R2=L R1=R2=L 常见的谐振腔型 问题4:谐振腔型有哪些?如何选取? 由两个以上的反射镜构成 R1≠L≠R2 平凹腔 凹凸腔 双凸腔 凹面反射镜, 凸面反射镜, 平面反射镜, 可任选两种组成不同的光学谐振腔。 光线在谐振腔内的损

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