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第三章 激光振荡与工作特性
激光又名镭射 (Laser),
它的全名是“辐射的受激发射光放大”。
(Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation)
世界上第一台激光器诞生于1960年,红宝石激光器
中国1961年,长春光机所研制成功红宝石激光器
基本原理是基于1917年爱因斯坦提出的受激辐射理论
1960年7月,世界第一台红宝石固态激光
器问世,标志了激光技术的诞生。
美国休斯公司实验室梅曼演示的。
波长为694.3nm的激光
爱因斯坦的受激辐射理论为实验上获
得激光奠定了理论基础。
没有实验家,理论家就会迷失方向。
没有理论家,实验家就会迟疑不决。
受激辐射的概念爱因斯坦1917提出,激光器却在
1960年问世,相隔43年,为什么?主要原因是普通光
源中的粒子,产生受激辐射的概率极小。
激光原理:受激辐射+光的放大:
产生的光子与外来光子具有相同的特征:频率、相位、振动方
向均相同,即属于同一模式或光子态,受激辐射光为相干光
相干光
激励
(泵浦或抽运)
强相干光
激光
1 2 4 8
产生激光的基本条件
l. 激励能源
2. 粒子数反转(要有适当的激光工作物质 )
要有适当的激光工作物质
3.光学谐振腔(方向性,光放大,单色性)
粒子数反转
E
k
−
kT N N
n ∝e 1 2
k
E
2
粒子数反转
E
1
产生激光的必要条件:实现粒子数反转。
具有亚稳态的原子结构,才能实现粒子数反转。
红宝石激光器(三能级系统)
E3 E3 (10-8s) E3
E2 E2 (10-3s) E2
hν
E E E
1 1 1
光学谐振腔—解决受激辐射与自发辐射的矛盾
受激辐射的光子处于相同状态——相干光场.
自发辐射的光子处于非相干状态.
要使受激辐射为主, 则要求
W21=B21w(ν) A21 即要求: w(ν)≥A21/B21
即相干光场的单色辐射能量密度大于某个最小值.
要增大w(ν)必须使激活介质长度远大于其横向尺寸
即由自发辐射光子不断引起受激辐射,使w(ν)不断增大
实际介质并不足够长,只有采用光学谐振腔
它由两个反射镜和激活介质构成一个光学谐振腔
激励能
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