激光原理及应用 复习提纲.doc

《激光原理及应用》复习提纲 名词解释 光波模式——光学上把具有一定频率、一定偏振状态和传播方向的光波称作光波的一种模式。 受激辐射——如果原子系统的两个能级E2和E1满足辐射跃迁选择定则，当受到外来能量hν=E2-E1的光照射时，处在E2能级的原子受到外来光激励作用跃迁到较低能级E1上并发射一个与外来光子完全相同的光子的过程。 粒子数反转——当高能态的粒子数大于低能态的粒子数（EmEn），有nm/gmnn/gn的情况叫做粒子数反转。 激光纵模——谐振腔内正反两列沿轴线相反方向传播的同频率光波叠加形成驻波，谐振腔内的驻波场称为激光纵模。 激光横模——自再现模积分方程的本征函数解umn表示的是在激光谐振腔中存在的稳定的横向场分布，叫做激光横模。 谱线加宽——实际光强分布总在一个有限宽度的频率范围内,每一条谱线都有一定的宽度, v = v0只是谱线的中心频率，这种现象称为谱线加宽。 激活物质——能把处于低能级上的粒子大量地抽运到高能级上去，造成n2/g2n1/g1的粒子数密度反转分布的状态的介质。 辐射跃迁——因发射或吸收光子从而使原子造成能级间跃迁的现象。 增益饱和——在抽运速率一定的条件下，当入射光的光强很弱时，增益系数是一个常数；当入射光的光强增大到一定程度后，增益系数随光强的增大而减小。 光谱线型——表征某一谱线在单位频率间隔的相对光强分布线型函数f(v)。 高斯光束——基横模行波输出在与光束前进方向的垂直平面上的强度分布呈高斯线型，称为高斯光束。 自再现模——对于两个镜面完全相同的的谐振腔，光束的横向场分布在腔内经单程渡越后实现再现，这个稳定的横向场分布就是激光谐振腔的自再现模。 基本公式与概念 （第一章1-6；第二章7-9；第三章10-13；第四章14-19） 光子能量与动量：。 两能级上原子数分布(玻尔兹曼分布)：，粒子数反转指的就是。 原子自发辐射平均寿命，等于原子数密度由初始降为1/e所用的时间 爱因斯坦系数之间的关系：，热平衡空腔的单色辐射能量密度，受激辐射光功率体密度与自发辐射光功率体密度之比。 谱线的线型函数，其归一化条件。 光波在介质中的相对衰减速率，介质的增益系数；如果测的增益介质光强I0、穿过增益介质后出射的光强I以及增益介质长度L，那么平均增益系数。 共轴球面腔稳定条件或。常见的稳定腔有：双凹稳定腔（1、2、3、4）、平凹稳定腔（AC、AD）、凹凸稳定腔（5、6）、共焦腔（原点）和半共焦腔（E、F）；临界腔有：平行平面腔（A）、共心腔（两条双曲线）和半共心腔（平凹C、D）。 均匀增宽型介质的饱和光强，使介质产生饱和作用的频率范围，均匀增宽介质系数，其中，，，R1、R2是激励能源的抽运速率，τ1、τ2是介质能级的寿命。 光在增益介质中的变化规律，激光振荡的增益系数可以改写为；阈值条件为。 激光振荡模式的谐振频率，因为单程总相移的主要部分是几何相移，纵模序数q的值非常大，另外单程附加相移有限，因此激光谐振腔的谐振频率主要决定于纵模序数；纵模频率间隔。 高斯光束的传播：z处截面内基模的有效截面半径，可得在z处高斯光束的截面半径仅取决于共焦腔的腔长；束腰半径；用束腰表示有效截面半径；波阵面曲率半径；远场发散角。 稳定球面腔的等价共焦腔： 由、和得到 等效共焦腔的束腰半径 原球面腔镜面的基模光束有效半径 谐振频率：方形镜 圆形镜 单纵模选取的方法有：短腔法、法布里-珀罗标准具法和三反射镜法；单横模的选取方法有：光阑法、聚焦光阑法和腔内望远镜法。 腔内单程基横模衍射损耗，其中N是“菲涅尔数”，菲涅尔数越大，单程衍射损耗越小。 影响激光器频率稳定性的因素是腔长的变化和折射率的变化；稳频的方法有兰姆凹陷法和饱和吸收法。 当一个高斯光束射到焦距为f的薄透镜上时，出射的仍然是高斯光束，其在透镜处的光斑尺寸w和波阵面曲率半径R符合 由： 推导得到： 整理得到： 高斯光束的聚焦： （1）高斯光束入射到短焦距透镜时的聚焦 （2）入射光束的腰到透镜的距离s等于透镜焦距f的聚焦 高斯光束的准直：由和得到，那么，可以看出光束发散角压缩比，式中是倒置望远镜对普通光线的倾角压缩倍数。 第五章、第六章简略方法，例如激光调制方式/类型和激光测距方法等等。 简答 光与物质相互作用的基本过程有哪些？各自有何特点？ 答：光与物质相互作用的基本过程有：自发辐射、受激辐射和受激吸收。 特点：自发辐射——(不受外界影响，自发进行；(产生的各列光波频率虽然相同，但各列光波之间没有固定的相位关系，各有不同的偏振方向。 受激辐射——(只有外来光子的能量hν=E2-E1，才能引起受激辐射； (受激辐射所发生的光子与外来光子