激光技术讲座.pptVIP

物理学与激光技术 （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 40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。 利用某些晶体的电光效应可以做成电光Q开关器件。电光调Q具有开关时间短，效率高，调Q时刻可以精确控制，输出脉冲宽度窄，峰值功率高等优点。 电光调Q 超短脉冲技术是物理学、化学、生物学、光电子学，以及激光光谱学等学科对微观世界进行研究和揭示新的超快过程的重要手段。超短脉冲技术的发展经历了主动锁模、被动锁模、同步泵浦锁模、碰撞锁摸(CPM)，以及90年代出现的加成脉冲锁模(APM)或耦合腔锁模(CCM)、自锁模等阶段。自60年代实现激光锁模以来，锁模光脉冲宽度为皮秒(10-12s)量级，70年代，脉冲宽度达到亚皮秒(10-13s)量级，到80年代则出现了一次飞跃，采用光脉冲压缩技术后，获得了6fs的光脉冲。90年代自锁模技术的出现，在掺钛蓝宝石自锁模激光器中得到了8.5fs的超短光脉冲序列。 3.3 超短脉冲技术 所谓模，就是在腔内获得振荡的几种波长稍微不同的波型。 纵模，也叫轴模。 在两反射镜间沿轴进行的光束，由于腔长L与光波波长的比是一个很大的数目，所以必然有数不清不同波长的光波，能符合加强反射的条件， 2nL= kλ, 即 2nL= k1λ1 = k2λ2 = k3λ3 =…… ki（正整数）是纵模模数。 例如：L=800nm, n=1, 则 k=1时, 对应λ1=1600nm; k=2, λ2=800nm; k=3, λ3=533nm υ1=1.875×1014 , υ2=3.75×1014 , υ3=5.625×1014 注意：△υ=c/2nL; υ32= υ21= 1.875×1014 800 1000 600 λ 荧光光谱 横模？ 横模易观察，但其产生的原因复杂：1、偏离轴向的光束的干涉，2、工作物质的色散，3、散射效应及腔内光束的衍射效应等，都对横模有影响。下面只对情况1做简单地分析。除了严格平行光轴的光束(名基模TEM00 ）以外，总有一些偏离光轴而走Z字形的光束。虽然经多次反射也未偏出腔外，仍能符合2nLcos θ =kλ的条件；因而，在某一θ方向存在着加强干涉的波长。设z代表腔轴方向，垂直z的截面为xy平面。该截面内所产生的部分横模如图，标记TEMmn 中的TEM代表电磁横波，下标m代表x方向的波节数，n代表y方向的波节数。 图3.9 不同横模的光场强度 下面将讨论超短脉冲激光器的原理、特点、实现的方法，几种典型的锁模激光器及有关的超短脉冲技术，如超短脉冲脉宽的测量方法、超短脉冲的压缩技术等。 为了更好地理解锁模的原理，先讨论未经锁摸的多纵模自由运转激光器的输出特性。腔长为L的激光器，其纵模的频率间隔为 （3.1-1) 一、多模激光器的输出特性 自由运转激光器的输出一般包含若干个超过阀值的纵模，如图3.10所示。这些模的振幅及相位都不固定， 激光输出随时间的变化是它们无规则叠加的结果，是一种时间平均的统计值。 假设在激光工作物质的净增益线宽内包含有N个纵模，那么激光器输出的光波电场是N个纵模电场的和，即 N=11 荧光光谱 图 3.10 假如各个模的振幅及相位都固定，也可推得输出脉冲的峰值功率正比于 ，因此，由于锁模，峰值功率增大了N倍。 可以推得总光强： 该式说明了平均光强是各个纵模光强之和,每个脉冲的宽度 约为： 每个脉冲的宽度