激光原理与技术-第一章-激光技术.ppt

光的自激振荡增益介质中总还存在光损耗，用?表示随光强的不断增加，增益将随之减小增益条件G?当G（I）=?时，光强不再增加，达到一个稳定光强ImIs为饱和光强IzImI0zG0G?只要增益介质足够长就总能形成确定大小的光强Im，形成自激振荡1.5激光器的基本组成

增益介质谐振腔泵浦源对一定波长范围的光提供增益可以是气体、液体、固体提供光学正反馈限制激光模式由反射镜，光栅等组成激励增益介质实现粒子数反转光激励、电激励、化学激励（1）激光器举例红宝石激光器激励电源工作物质光泵（氙灯）全反镜半反镜4F24A24F2E3,N3E2,N2E1,N1W21W32=107/sA21=105/sR2=6929AR1=6943A红宝石（Al2O3,参杂0.05%的Cr2O3)激光原理与技术

第一章第一章激光的基本原理与特性1)光的相干性和光子简并度2)光的受激辐射3)光的受激辐射放大和自激震荡4)激光器的基本组成5)激光的输出特性本章重要概念光的相干性：光波模式（每一个本征模式有量子化的能量h?）~相格空间体积~相干体积光子简并度激光之所以重要，其关键就是要通过受激辐射光放大来产生一个相干性好的，光子简并度高的优质光源。就是要通过激光的方法，使大量的光子集中于一个或少数的指定的光子态中。1.1光的相干性和光子简并度（一）光子的基本性质光子的能量?与光波频率?相对应光子具有动质量m光子动量p光子具有两种独立偏振状态光子具有自旋，自旋量子数为整数，属于波色子（二）时间相干性和空间相干性M1M2时间相干性:1887麦克尔逊-莫雷实验迈克尔逊干涉仪对于光的时间相干性，光束的相干长度提出要求迈克尔逊是第一个倡导用光波的波长作为长度基准的科学家。1892年迈克尔逊利用特制的干涉仪，以法国的米原器为标准，在温度15摄氏度、压力760毫米汞柱的条件下，测定了镉红线波长是6438.4696埃，于是，1米等于1553164倍镉红线波长。这是人类首次获得了一种永远不变且毁坏不了的长度基准。

AlbertAbrahanMichelson1907年诺贝尔奖光波的相干性对波列进行频谱分析??=1/?t相干长度L=C?t=C/??相干时间???t?1/????L=C?t???托马斯·杨（ThomasYoung，1773～1829）英国医生、物理学家，光的波动说的奠基人RLxS1S2?xP1P2O??空间相干性：如果光源是单色的，O点有干涉条纹的条件是相干体积距离光源R处的相干面积光源面积越小，具有空间相干性的张角??就越大??为激光线宽光源的相干体积由于:如果要求张角??内的光都是相干的则有:根据定义光源的相干体积为:在有限空间V：存在一系列独立的，具有特定波矢的平面单色驻波（光波模式）电磁波，在自由空间可以向任何方向传播（三）光波模式和光子状态相格光是什么？单色平面波：在自由空间：存在任意麦克斯韦（JamesClerkMaxwell1831--1879)19世纪伟大的英国物理学家、数学家一个模式在波矢空间所占的体积=？设空腔体积为：?x?y?zkzkxkky驻波条件 每个模式在波矢空间占有一个体积元kzkxkky处在k~k+dk之间的体积（1/8）4?k2dk此体积内模式数[（1/8）4?k2dk]V/?3因为k=(2?/c)?dk=(2?/c)d?得?~?+d?区间的模式数，再考虑到两个偏振方向得：在体积为V的空腔内，频率?附近d?内的模式数为：波矢空间只有正象限可以定性判断增益线宽内的激光模式数光子的状态——相格粒子性经典粒子：(x,y,z);(Px,Py,Pz)一维运动测不准关系：(x;Px)同一相格中粒子处于同一状态三维运动情况：xpx上述相空间体积元称为相格，相格是相空间中任意实验所能分辨的最小尺度。光子的某一运动状态只能定义在一个相格中，而不能确定它在相格中的对应位置。证明：一个电磁波模式，在相空间占一个光子态考虑到一个光波模是由两列相向传播的行波组成的驻波，所以它的动量和波矢的关系应为可得：一个光波模在相空间也占有一个相格，一个光波模与一个光子态相等，一个光波模或光子态在坐标空间都占有空间体积：一个准平面波与另一个同波长的准平面波传播传播方向夹角大于它们的衍射角