1.6激光原理方案策划.ppt

1激光的特性 1 单色性：普通光源发出的光辐射是发光物质大量能级间的自发辐射跃迁产生 的，具有连续的或准连续的光谱分布，单色性差。而激光器发出的 全部光辐射只集中在较小的频率范围，谱线宽度窄，单色性好。 2 方向性 ：普通光源发出的光均是按空间很大立体角向四面八方发散传播。 激光器输出的光束具有定向性，一般用光束的发散角表示。 3 亮度： 激光器由于发光面小，发散角，可获得高的光谱辐射亮度 4 相干性：时间相干性： 指光源中同一辐射元在不同时间辐射出的光束之间 的相 干性。 空间相干性 ： 发光面上不同两点在同一时间内发出辐射的相干性 激光产生的基本原理 Laser----- Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation 激光的单色性 科学上用光辐射能量集中的频谱区间（称谱线宽度）衡量光的单色性，谱线宽度越窄，它的单色性越好．太阳光辐射能量分布在从紫外至远红外的广阔光谱区域．常用的单色光源如氖灯、氦灯、氪灯、氢灯等，它们的光辐射谱线宽度比较窄（小于4.5×10-3nm），其中氪86光源发射的红光（波长605.7nm）的谱线宽度最窄，只有4.7×10-4nm，有单色性之冠之称． 激光的单色性好，特制发红光的He-Ne激光器，波长632.8nm的谱线宽度只有2×10-9nm！激光的波长基本一致，谱线宽度很窄，颜色很纯。 频率范围宽的光波在光纤中传输会引起很大的噪声，使通信距离很短，通信容量很小。现在已研究出单频激光器，这种激光器只有一个振荡频率。用这种激光器可以把十几万路的电话信息直接传送100km 以外。这种通信系统就可满足将来信息高速公路的需要了。  激光的定向性 普通光源是朝四面八方发光，光辐射沿4π立体角分布．它发出的光辐射可以照亮眼前周围的地方，但照亮的距离不大．要把照明的距离扩大，可以用光学系统把朝各个方向发射的光聚集到照明的方向，汽车的前车灯、探照灯等就是用这个办法增大照明距离的．激光器不同，它天性就是只朝一个方向发射光，而且射出的光束发散角很小，接近衍射极限，称得上是高度平行的光束．普通光源和激光器的发光范 ??? 因为方向性好，例如其发散角为1毫弧度，所以若与相同光功率的普通光源相比，激光器的亮度就比它高4π/（10-3）2=1.26×107倍．也因为激光的方向性好，使得它能照亮很远的物体．1962年，人类第一次从地球上发出激光束，照亮月亮的表面一台普通红宝石激光器发射出的光束射到月球上，散开的光斑尺寸只有几百米，得到的照度有10-2lx，加上光色鲜红，显眼，所以能见到月球上有一个红色光斑．半导体激光器发出的光绝大部分都很集中，很容易射入光纤端面。  激光的高亮特性 激光有极高的亮度，大体上说，可以达到比太阳光的亮度还高100万亿倍．普通光源的亮度则比太阳光还低．光源的单色亮度由下式表示  式中△E是发光功率，△S是发光面积，Ω是光辐射传播的立体角，△λ是光辐射频谱宽度．亮度是衡量一个光源质量的重要指标，若将中等强度的激光束经过会聚，可在焦点出产生几千到几万度的高温。 光源的亮度正比于发光功率．光源发射的能量集中在很短时间内发射出来，产生的光功率也就很高．普通光源很难产生脉冲宽度很窄的光脉冲．激光器能产生宽度极窄的光脉冲．使用Q开关的激光器，可以输出脉宽10-9s左右的光脉冲，使用锁模技术的激光器，可产生10-14s的光脉冲． ? 激光的相干性 相干性是表示电磁场在空间不同位置上瞬时的或统计的相位相关性质．在辐射场中的两个不同的点上，场的相位差总是有某些无规起伏．如果光束中的两点之间的无规相位差平均值恰巧小于1 rad，这两个点之间的距离叫“相干长度”．把相干长度之内两点的场分离开，然后再用某种方式把它们重新叠合，会发生干涉效应，形成明暗相间的条纹． 一般来说，沿光束传播方向和沿横截面方向的相干长度是不相同的．光波沿其传播方向通过相干长度所需的时间叫“相干时间”．相干长度和相干时间与光波单色性有关．粗略地说，相干时间△t～λ2/△λc，相干长度l～λ2/△λ。 激光的单色性很好，所以，它的相干长度很长．特制的氦-氖激光器输出的光束相干长度达2×107km．普通光源的辐射，其相干长度很短，以具单色性之冠的氪灯发射的红光来说，其相干长度也只有38.5cm． 有一个最大的光程差 ，对于 的光满足加强条件： 对于 的光满足干涉相消条件 光谱线的波长一定时，谱线宽度越窄，最大可测长度越长，最大光程差越大 。到达屏P中心处的两束光的程差一旦超过