激光原理作业-深大.docxVIP

激光与普通光源的本质区别是什么？请详细描述。激光是受激辐射的光放大，由特定的发光物质及特殊的结构部件所组成，而普通光源则随处可见。普通光源是自发的原子和光子的跃迁。而他们的发光的微观机制是共同的，都是在外界条件的激励下，光源中的原子、分子吸收能量而处于一种不稳定的激发态，在没有任何外界的作用的情况下，他能自发的跃迁回低的激发态或基态，并发射出一定频率的电磁波。普通光源的从四面八方发光的，而激光发射的光线是朝一个方向传播的。激光的亮度极高，是普通光源的几百万倍。激光的颜色极纯，而普通的光源，例如太阳光是由很种颜色的光组成。激光的颜色取决于激光的波长，而波长取决于发出激光的活性物质，即被刺激后能够产生激光的那种材料。普通光源大多应用于照明，而激光应用甚广。其中激光分离技术，包括激光切割、激光打孔。激光分离技术是将能量聚焦到微小的空间，可获得极高的辐照功率密度，利用这一高密度的能量进行非接触、高速度、高精度的加工方法。在如此高的光功率密度照射下，几乎可以对任何材料实现激光切割和打孔。激光切割技术是一种摆脱传统的机械切割、热处理切割之类的全新切割法，具有更高的切割精度、更低的粗糙度、更灵活的切割方法和更高的生产效率等特点。激光打孔方法作为在固体材料上加工孔方法之一，已成为一项拥有特定应用的加工技术，主要运用在航空、航天与微电子行业中。普通光源即使能够聚焦到很小的空间上，功率也远不如激光，故不能够利用普通光源达到切割打孔的目的。一台激光器由哪几部分组成，它们的作用是什么？激光器一般主要由三部分组成，包括工作物质、激励源、谐振腔。工作物质：激光的产生必须选择合适的工作介质，可以是气体、液体、固体或半导体。在这种介质中可以实现粒子数反转，以制造获得激光的必要条件。显然亚稳态能级的存在，对实现粒子数反转是非常有利的。现有工作介质近千种，可产生的激光波长包括从真空紫外道远红外，非常广泛。激励源：为了使工作介质中出现粒子数反转，必须用一定的方法去激励原子体系，使处于上能级的粒子数增加。一般可以用气体放电的办法来利用具有动能的电子去激发介质原子，称为电激励；也可用脉冲光源来照射工作介质，称为光激励；还有热激励、化学激励等。各种激励方式被形象化地称为泵浦或抽运。为了不断得到激光输出，必须不断地“泵浦”以维持处于上能级的粒子数比下能级多。谐振腔：有了合适的工作物质和激励源后，可实现粒子数反转，但这样产生的受激辐射强度很弱，无法实际应用。于是人们就想到了用光学谐振腔进行放大。所谓光学谐振腔，实际是在激光器两端，面对面装上两块反射率很高的镜。一块几乎全反射，一块光大部分反射、少量透射出去，以使激光可透过这块镜子而射出。被反射回到工作介质的光，继续诱发新的受激辐射，光被放大。因此，光在谐振腔中来回振荡，造成连锁反应，雪崩似的获得放大，产生强烈的激光，从部分反射镜子一端输出。你理解的激光模式/光子态是什么？你如何理解激光的相干性？描写光的模式有两种方式，从波动观点出发，称为光波的模式；从光子的观点出发，称为光子的状态即光子态。光子的基本性质：光子的能量与光波频率对应；光子具有运动质量；光子的动量与单色平面光波的波矢对应；光子具有两种可能的独立偏振状态，对应于光波场的两个独立偏振方向；光子具有自旋，并且自旋量子数为整数。纵模：我们知道，受激辐射也不是绝对的单一波长，而是有一个很窄的频宽的（虽然电子的能级是一个定值，但因为热运动等各种原因，能级会展宽）。当激光器工作物质被激发，发出受激辐射光的时候，在这个频宽范围内的各种波长的光子都有，其数量是以中心频率为对称轴的正态分布。这些所有波长的光子都试图在谐振腔中得到谐振从而成为优势波长。如果谐振腔足够短，它仅仅是这所有波长中某一特定波长的整数倍，那么就只有这一特定波长的光子得以谐振成为优势波长，激光器会输出真正的单色光，这就是单纵模。但实际的谐振腔通常都比较长，在受激辐射的波长范围内，它可能同时是好几个波长的整数倍，因此会有好几种波长都得到谐振，这样的激光器就会输出好几种波长的光（由于受激辐射带宽本身很窄，所以这几个波长也非常接近），这就是多纵模。总的来说，纵模越多，单色性、相干性越差。谐振腔越短，纵模越少，因此在要求高单色性的时候，应尽量减小谐振腔长度。横模?：如果激光器的谐振腔两反射面及工作物质端面都是理想平面，就不会有除了基模以外的其它横模输出。这种情况下只有一个以工作物质直径为直径的基模输出。因为此时只有基模状态下的光才能形成多次反射谐振的条件。但是事实上反射面和端面都不可能是理想平面，尤其是在固体激光器中，工作物质受热发生凸透镜效应，导致腔内经过工作物质、与基模方向略有差异的某些光也可能符合多次反射的谐振条件，于是激光器会输出几个方向各不相同的光束。多横模损害了激光器输出的良好方向性，对聚焦非常不利，因此在需