第一章激光器的基本2.ppt

光的放大增益 光能密度 光强 单位时间单位体积内产生的光子数增加为： 光强放大的增益： 光场的增益： 非均匀加宽 均匀加宽 两种典型的线型 洛伦兹线型 高斯线型 均匀加宽的谱线宽度 多普勒线宽 考虑谱线线型 归一化的谱线线型函数 单色光 对中心频率，有 洛伦兹线型 高斯线型 洛伦兹线型 高斯线型 受激辐射截面 光子数随时间的变化 受激辐射速率 反转粒子数 腔的损耗、Q值、寿命 举例：若二反射镜的反射率为 单程时间为 平均单位时间内的光强损耗 光子数随时间的变化 其中 称为腔的寿命 谐振腔的 值为 （品质因数） 自激条件 光强的增益为 令工作物质长度等于腔长，即 反射镜 的反射率为 是腔内的损耗 为了实现振荡，要求 即 自激条件： 其中 激光器的临界条件： 当 时 激光器的临界条件的意义是增益等于损耗 临界条件 均匀加宽线型中心频率对应的增益 临界反转粒子数 6.激光器的模式选择 选择横模 减少反射镜的有效半径 腔内加光阑 倾斜腔镜 要从激光的许多模中选出一个来，就要求所选定的那个模的损失尽可能的低，而增加一切其它模的损失使之超过增益以致不能达到阈值。 高阶横模有随着横模技术的增大而越来越少地沿着共振腔轴集中的径向场分布。 选择纵模 缩短腔的长度 相邻纵模频率间隔 减小腔长可以增大纵模间隔。 组合干涉腔限制纵模 利用压电元件可使镜M3移动几个um，以实现谐振腔M1-M2和选频腔M2-M3的共振耦合，共振条件是 脉冲尖峰结构 7. 脉冲激光器 反转粒子数 光子数 调Q激光器基本原理 电光调Q 可饱和吸收染料Q开关 锁模激光器原理 当振荡的激光器包含了许多纵模，且纵模间无固定的相位关联。 锁模激光器原理 不同纵模间相位锁定 主动锁模激光器示意图 全反镜 调制器 工作物质 输出镜 主动锁模激光器 全反镜 调制器 工作物质 输出镜 被动锁模 克尔透镜锁模 必作： 1. 简述一种激光器的基本原理（包括泵浦方式， 能级结构，激光器的简单结构，输出波长等）。 2. 证明： 为光强放大的增益 光场的增益： 3. 介绍一种调Q技术。 4. 介绍一种锁模技术。 选作： 1. 爱因斯坦系数有三个，但只有两个方程，如何确定三个爱因斯坦系数？ 2. 介绍与激光技术有关的重大物理事件。 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。 * 中国科学院大学物理学院 参考书: 2. 《激光物理基础》哈尔滨工业大学出版社 王雨三，张中华 主编 3. 《激光物理》北京邮电大学出版社 卢亚雄，余学才，张晓霞编著 5.《Laser Theory》 Hermann Haken, Springer-Verlag, 1984 4.《Principles of Lasers 》 Orazio Svelto, Springer 1.《高等激光物理学》高等教育出版社 李福利 编著 主要内容: 激光器的基本概念、速率方程 理论,半经典理论和全量子理论 课程要求: 30%平时+70%笔试 联系方式: ttxi@ucas.ac.cn 激光器:利用受激辐射实现光的放大 Laser : Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation 1917年--爱因斯坦--受激辐射发光过程的提出 从理论上预言了产生激光的可能性，然而这种可能性变为现实经历了几十年。 1954年--汤斯等人实现了微波的受激放大 除了工作波长位于微波波段以外，工作原理已和激光非常接近。 1958年--肖洛和汤斯提出将微波量子放大器的原理推广到光波领域。 戈登等研究了包含两个球面镜的光谐振腔的工作模式，并证实了它具有稳定的准直性和较低的衍射损耗，还推导出高斯场模横向分布的最低阶横模TEM00。 1960年– 梅曼在休斯实验室成功地制造出红宝石激光器 此后，激光高速发展，各种气体、固体、染料和半导体激光器相继出现，许多相关技术开发出来，激光器在各个领域内广泛应用。 1961年– 中国科学院长春光机所在王大珩领导下，用国产红宝石制造出中国第一台红宝石激光器。 1961年–R. W. Hellwarth发明Q开关技术。 1962年–L. E. Hargrave