第二讲激光原理与选模.ppt

连续高功率二氧化碳激光器的非稳定谐振腔 非稳定腔 光腔的损耗 几何损耗 衍射损耗 腔镜反射不完全引起的损耗 非激活吸收散射等其他损耗 选择性损耗，与横模有关 非选择性损耗，与光波模式无关 损耗的大小是评价谐振腔的一个重要指标，在激光振荡中，光腔的损耗决定了振荡的阈值和激光的输出能量，也是腔模理论的重要研究课题. 光学谐振腔的损耗 （1）几何损耗：光线在腔内往返传播时，可能从腔的侧面 偏折出去而引起损耗。 决定其大小的因素：腔的类型和几何尺寸； （2）衍射损耗：腔镜边缘、插入光学元件的边缘、孔径及 光阑的衍射效应产生的损耗。 决定其大小的因素：腔的菲涅耳数有关、腔的几何参数有关、横模的阶数有关。 (模的阶次越高，衍射损耗越大，基模的衍射损耗最小) 。 例子： YAG激光器的腔体结构图 氦氖气体激光器是四能级系统 氖原子 在 间 实现粒子数反转分布 s 2 s 1 Ne s 3 s 1 2 s 3 2 He p 2 p 3 撞 电子碰撞激发 电 子 碰 激 发 管壁效应 自发辐射 632.8 nm 共振转移 四、激光模式的选择 振荡模式 是指能够在谐振腔内存在的稳定的光波基本形式，用TEMmnq表示。 m和n表征该模式在垂直于腔轴内形成驻波的节点数,称横模数。 q表示该模式在光腔轴的平面内形成的节点数，称纵模数。 1.纵模 能引起振荡的频率关系 2.横模 光场在横向不同的稳定分布。 I x y I TEM00 横模 I y I x TEM10 y I I x TEM11 纵模 谐振腔内工作物质折射率n，腔长l 驻波条件： 纵模大小： 纵模间隔： 小结：形成稳定激光振荡的条件 激光工作物质：有提供放大作用的增益介质作激光工作物质； 粒子数反转：外界激励源作用使上下能级之间产生集居数反转； （形成激光的内部条件） 激光谐振腔：使受激辐射的光能够在谐振腔内维持振荡。 （形成激光的外部条件） 光波模式的描述（驻波条件）； 激光的四个基本特点:(单色性好；方向性好；相干性好；亮度高）； 辐射跃迁(光和物质相互作用)包括的三种基本过程； 自发辐射、受激辐射和受激吸收，三个爱因斯坦系数及其相互关系; 自发辐射和受激辐射的特点，自发辐射和受激辐射强度的比较; 单色辐射能量密度的概念和普朗克黑体辐射能量密度; 实现受激光放大的条件; 激光器的基本结构，各有何作用; 激光的横模与纵模； 激光空间与时间相干性的。 第二讲 激光原理与选模 电子工程学院光电子技术系 主 要 内 容 一、激光历史回顾 二、激光原理简述 三、谐振腔的结构与作用 四、激光模式的选择 激光技术、计算机技术、原子能技术、生物技术,并列为二十世纪最重要的四大发现。是人类探索自然和改造自然的强有力工具。 与电子电力技术、自动化测控技术的完美结合，使激光技术能够更好的为人类创造美好生活。 一、激光的历史回顾 （Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation）的缩写。 1960年，美国物理学家梅曼（Maiman）在实验室中做成了第一台红宝石(Al2O3:Cr)激光器。我国于1961年研制出第一台激光器，从此以后，激光技术得到了迅速发展，引起了科学技术领域的巨大变化。 光是（波长较短的）电磁波 “激光” （LASER）一词是受激辐射光放大 50多年来，激光技术与应用发展迅猛，已与多个学科相结合形成多个应用技术领域，比如光电技术，激光医疗与光子生物学，激光加工技术，激光检测与计量技术，激光全息技术，激光光谱分析技术，非线性光学，超快激光学，激光化学，量子光学，激光雷达，激光制导，激光分离同位素，激光可控核聚变，激光武器等等。这些交叉技术与新的学科的出现，大大地推动了传统产业和新兴产业的发展。 该领域的有关诺贝尔奖 1964: Townes, Basov, 微波激射器和激光器的发明 1971: Dennis Gabor, 激光全息术 1981: 洛.布隆姆贝根, 激光光谱学 1997: 朱隶文等三人, 激光冷却和陷俘原子 说明: 朱隶文系美籍华人, 1948年生于密苏里州,其父台湾中央研究院院士