第一章 激光的特性.pptx

第一章 激光的特性;二、激光器的组成 激光器主要内以下三部分组成： ; 输出的激光的特性是： 具有很高的光子间并度；即具有相同模式（或波型、位相、波长）的光子数目。其表现为光束具有很好的单色性，方向性，相干性和高亮度。 激光可通过调Q技术使之压缩成超短脉冲，脉宽可达飞秒量级（fs）4.6×10-15 sec。 光子简并度： 处于同一光子态的光子数称光子的简并度。 具有以下相同的含义：固态光子数，或同一模式内的光子数，或处于相干体积内的光子数，或处于同一相格内的光子数。; 时间单位换算： 1ms（毫秒）=10-3 s 1μs（微秒）=10-6s 1ns（毫微秒）=10-9 s 1ps（微微秒）=10-12s 1fs（毫微微秒）=10-15 s 例：（1）对于脉冲能量为5mJ，脉宽为5nS的激光脉冲，其瞬时 功率可达： （2）对脉冲能量为5mJ，脉宽为5fs???激光脉冲 若通过短焦距透镜聚焦的其←焦斑直径为0.001mm（1μ） 则其瞬时功率可达： 瞬时功率密度： ;三、激光的光束特性 （一）单色性 用谱线宽Δλ和其波长的比值来量度： 谱线宽度：当光强下降到中心光强的1/2时的Δλ的宽度为谱线宽度。 即 一般光源（最好的为86kr — 氪灯） 一台稳频He-Ne激光器： 单色性高出4~5个数量级。 ;图1-1 ; （二）方向性 用光束发散角来描述光束的方向性（2θ） 亦可用立体角ΔΩ=πθ2来描述： 1．普通光源的方向性很差，光能量向4π球面度辐射，方向性差。 2．单模He-Ne激光，发散角为10-3~10-4 rad 仅是普通光源的： ; 即 （毛细管粗细确定d） 气体激光器（介质增益好，均匀，腔长大）单模发散角，可达衍射极限10-3~10-6。 固体激光器（介质均匀性差，腔长短，激励不均匀），一般达10-2 rad量级。 半导体激光器方向性最差，一般为（5~10）×10-2 rad，且两个方向发散角不一样。; （三）相干性 1．空间相干性： 研究在垂直于光波传播方向上的两个点，如果在任一时间（同一时刻），这两点上的光波场有固定的位相关系，则从这两点“取样”的光波将产生干涉。否则是不相干的。因为这种相干性是在同一时刻的两个不同空间点的条件下产生的，故称其为空间相干性。 如双缝干涉： 同一时间不同空间位置的光波位相差（P）是否恒定;图1-2; 由于激光有极好的方向性（发散角小）可看成so的宽度b接连零，所以空间相干性能好：即 单缝愈大，干涉条缝愈模糊，b大到一定程度时，条缝消失（与最大光源宽度有关）。 即： 2．时间相干性： 时间相干性：在辐射场的某一固定点上，考察光源在两个不同时刻发出的光波在该点的干涉问题。;图1-3; 如迈克尔逊干涉仪 同一空间点，不同时刻达的光波位相是否恒定M2′是M2的镜象，移动M1，h愈大，则条纹清晰度愈差，当h大到一定值时，则条纹消失。此即相干长度。 例：1．对氪灯86kr，在低温时λ0=6057A°，相干时间约为 τc=2.5×10-9S 则相干长度为：LC=2.5×10-9S×3×1010cm/S=7.5×10≈75 cm 2．对6328 A°He-Ne激光，相干时间τC=1.3×10-4S 相干长度LC=1.3×10-4S×3×1010cm/S=3.9×106 cm≈40km ;四、高亮度：（Bb） P — 辐射功率，ΔS — 幅射面积，ΔΩ — 立体角， Δν— 辐射线宽（对可见光） 因为激光：方向性好，则ΔS小，ΔΩ小 相干性好，则Δν小 所以，P一定时，Bb大