光电测试技术激光原理技术.pptVIP

*由于于是粒子数分布总有工作物质中具有较低能量的一个能级上的粒子数大于较高能量的一个能级上的粒子数即粒子数正常分布。正常分布*（2）粒子数反转，满足:光束在此工作物质中传播光能密度不断增加。反转分布*二能级系统不能充当激光工作物质,因为其不能实现粒子反转。如果激光器运转过程中有关的能级只有两个，用有效的激励手段把处于下能级E1的原子尽可能多地抽运到上能级E2。设能级E1和E2上单位体积内的原子数分别为n1和n2，自发辐射、受激吸收和受激辐射的概率分别为A21.W12和W21。如果能级统计权重相等，因而W12=W21=W。E2能级上粒子数n2的速率方程为dn2/dt=W(n1-n2)-A21n2,当达到稳定时，dn2/dt=0，n2/n1=W/(W+A21)，可见，不管激励手段如何强，（A21+W）总是大于W，所以n2＜n1。这表明，对二能级系统的物质来说，不能实现粒子数反转。*激光物质是三能级或四能级结构如果激励过程使原子从基态E1以很大概率W抽运到E3能级,处于E3的原子可以通过自发辐射跃迁回到E2或E1。假定从E3回到E2的概率A32大大超过从E3回到E1的概率A31,也超过从E2回到E1的概率A21,则利用泵浦抽运使W＞W23或W＞W12时,E2和E1之间就可能形成粒子数反转。三能级系统n2n1n3E1E2E3*在外界激励下,基态E1的粒子大量地跃迁到E4,然后迅速转移到E3。E3能级为亚稳态,寿命较长。E2能级寿命较短,因而到达E2上的粒子会很快回到基态E1。所以在E3和E2之间可能实现粒子数反转。由于激光下能级不是基态,而是激发态E2,所以在室温下激光下能级的粒子数很少,因而E3和E2间的粒子数反转比三能级系统容易实现。n1四能级系统E1E2E3E4N2n3n4(快）(慢）*8、泵浦源必须用外界能量来激励工作物质，建立粒子数反转分布状态。将粒子从低能级抽运到高能级态的装置，称为泵浦源。它是形成激光的外因。激光器是一个能量转换器件，它将泵浦源输入的能量转变为激光能量。从直接完成粒子数反转的方式来分，泵浦方式可分为:光激励方式、气体辉光放电或高频放电方式、直接注入电子方式、化学反应方式、热激励、冲击波、电子束、核能等方式。*9、谐振腔谐振腔的作用是限制输出模式,同时还对激光频率、功率、光束发散角及相干性都有影响。光学谐振腔结构*谐振腔的作用(1)使激光具有极好的方向性(沿轴线)(2)增强光放大作用(延长了工作物质)(3)使激光具有极好的单色性(选频)*10、起振条件－－阈值条件稳定振荡条件－－增益饱和效应由于R21,光在镜面上总有透射损失,镜面和腔内激活介质还存在吸收、散射等损失。因此光的增益超过损失时,光波才能被放大,进而振荡,即有阈值。激光强度将随传播距离的增加而呈指数关系上升,但是激光强度不会无限制地增大。当入射光强度足够弱时,增益系数与光强无关,是一个常量；而当入射光强增加到一定时,增益系数将减小,这种现象称为增益饱和现象。*11.激光产生和激光器的组成激光器由三部分组成:工作物质谐振腔泵浦源*灯泵浦的激光器结构图*12.激光的特点激光与其他光源相比具有三大特点方向性好单色性好相干性好*13.常见激光器的种类自1960年第一台红宝石激光器问世以来,激光器的发展非常迅速。激光工作物质已包括晶体、玻璃、气体、半导体液体及自由电子等数百种之多。激励方式有激光激励,热激励,化学激励和核激励等多种方式。固体激光器（红宝石激光器）气体激光器（氦—氖激光器）半导体二极管激光器染料激光器（用在液体中能发出荧光的有机染料分子作为激活剂）*1.5.1固体激光器固体激光器是指以绝缘晶体或玻璃为工作物质的激光器。少量的过度金属离子或稀土离子掺入晶体或玻璃,经光泵激励后产生受激辐射作用。光泵激励固体激光器普遍采用光激励方式把基态的粒子抽运到激发态,以形成集居数反转。光泵激励分为气体放电灯激励和半导体激光器两种方式。*以气体放电灯为激励光源是第一台激光器问世以来广泛采用的一种激励方式。脉冲激光器采用脉冲氙灯,连续激光器采用氪灯或碘钨灯。气体放电灯激励的能量转换环节多,其辐射光谱很宽,只有一部分能量分布在激光工作物质的有效吸收带内,因此,激光器的效率很