《激光原理》全册完整教学课件.pptx

《激光原理》全册完整教学课件;一、光的基本性质;2、光是粒子性和波动性的统一：利用量子电动力 学的理论，可以将电磁场量子化;3、光波模式——从波动性来讨论;（4）光波模式：能存在于腔内的以波矢 为标志的电磁波模式。不同模式以 区分，同一 又由于对应两个独立的偏振态，则同一波矢 对应两个不同偏振方向的光波模式。;驻 波 的 形 成;;对于驻波腔：;（b）光波模式的波矢空间表示;波矢空间中每个光波模式所占体积：;（1）经典力学中粒子运动状态的描述;（b）二维运动时：在 的四维相空间面积元内的粒子状态在物理上不可区分，故属于同一种光子状态。;（5）相空间体积元大小：;相干性： 相干波光场物理量之间的相关性质。 ; 描述波场中同一点不同时刻光波场特性的相关性。此相干性来源于原子发光的间断性。; 空间某点处两个不同时刻的光场有相干性 的最大时间间隔，即波列持续时间。;（b）场频函数E(?)：光场随频率变换的函数关系。 （场时函数的付里叶变换）;2、光的空间相干性;（3）相干性的粗略描述——相干体积;结论：;3、光子简并度;（3）光子简并度：处于同一光子状态的光子 数目。用 表示。;例1：;例2：求 He-Ne 激光器所发光子的能量、动量、质量（光波长为6328?）。;一、光的受激辐射概念的产生;热平衡状态：;2. 跃迁：;二、自发辐射、受激吸收和受激辐射;;;2. 受激吸收（stimulated absorption STA）;;：受激辐射跃迁爱因斯坦系数;三、爱因斯坦三系数 的相互关系;;结论：;四、受激辐射的相干性;说明： SPE,STA,STE 三种过程同时存在，只是有强弱差别 两种辐射比较 (热平衡情况下) 答案：SPE（自发辐射）占绝对优势;4. 自发辐射光子可作为引起受激辐射的外来光； 起始阶段的受激辐射的外来光来自于介质的 自发辐射。 ;1、受激辐射占优势的条件 －粒子数反转分布;2、激活介质对光的增益与损耗;; 损耗系数 a 激活介质中不仅存在增益，还有损耗。 损耗系数－单位长度光强衰减的百分比。（负增益系数）;（1）平均单程损耗率;计算：;②输出损耗：;（2）光子在腔内的平均寿命;;4、自激振荡条件－激光振荡条件;－单程损耗，即单程渡越时腔内平均光强衰减的比值;;光束质量;丁迎春 行政楼307 dingyc@mail.buct.edu.cn;教材：;考试要求：;光电子学是汇集光子学、电子学、光子技术与电子技术的一门学科;Nature Science Physics Review Letters (PRL) 6.017 Applied Physics Letters (APL) 4.207 Optics Letters (OL) 3.395 Optics Express (OE) 3.219 Journal of Applied physics (JAP) 2.281 IEEE Photonic technology Letters (PTL) 2.1 IEEE Journal of Quantum Electronics (JQE) 2.097 Journal of Lightwave Technology (JLT) 1.983;激光的产生;LASER -- Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation;1917：爱因斯坦（A. Einstein） 提出了受激辐射可实现光放大的概念, 为激光发明奠定了理论基础。 1917年以后近四十年内： 量子理论的发展; 粒子数反转的有效实现; 电子学与微波技术的发展。 1954：美国汤斯（C. H. Townes） 前苏联巴索夫（N. G. Basov） 普洛霍洛夫 （A. M. Prokhorov） 第一次实现氨分子微波量子振荡器（Maser）;1958：美国汤斯与肖洛（A. L. Schawlow） 提出利用开放式光学谐振腔实现光振荡的新思想。 布隆伯根（N. Bloembergen）提出利用光泵浦三能级系