激光原理期末复习2012

激光原理期末复习（激光原理期末复习（2012-12） 第一章：概述第一章：概述 1. 激光的特性：方向性好、单色好、相干性好、亮度高；方向性、激光的特性：方向性好、单色好、相干性好、亮度高；方向性、 高单色、相干性、亮度的定义；为什么具有这些特性？高单色、相干性、亮度的定义；为什么具有这些特性？ 第二章：激光产生的基本原理第二章：激光产生的基本原理 1. 自发辐射、受激吸收、受激辐射概念；三种跃迁几率的定义式及自发辐射、受激吸收、受激辐射概念；三种跃迁几率的定义式及 计算；自发辐射和受激辐射的区别；三个爱因斯坦系数之间的关系。计算；自发辐射和受激辐射的区别；三个爱因斯坦系数之间的关系。 2. 激光产生的两个基本（必要）条件：粒子数反转，光学谐振腔激光产生的两个基本（必要）条件：粒子数反转，光学谐振腔 （减少模式数量）（减少模式数量） ；激光产生的两个充分条件：阈值条件，增益饱和。；激光产生的两个充分条件：阈值条件，增益饱和。 为什么要具备这些条件？为什么要具备这些条件？ 3. 以红宝石和以红宝石和 Nd:YAG 为例，分析三能级系统和四能级系统的构成、为例，分析三能级系统和四能级系统的构成、 特点；如何实现粒子数反转分布？特点；如何实现粒子数反转分布？ 4. 增益系数的定义和受激辐射光放大的概念。增益系数的定义和受激辐射光放大的概念。 5. 激光器的基本组成：工作物质、谐振腔、泵浦源；各部分所起的激光器的基本组成：工作物质、谐振腔、泵浦源；各部分所起的 作用。作用。 第三章：光学谐振腔与激光模式第三章：光学谐振腔与激光模式 1. 光学谐振腔的构成：由全反射镜和部分反射镜放置在工作物质两光学谐振腔的构成：由全反射镜和部分反射镜放置在工作物质两 端；特点：侧面开放。端；特点：侧面开放。 2. 共轴球面腔的稳定性条件；稳定腔、非稳腔、临界腔的含义。共轴球面腔的稳定性条件；稳定腔、非稳腔、临界腔的含义。 3. 激光纵模的概念，纵模间隔。激光纵模的概念，纵模间隔。 4. 激光横模的概念，横模形成的原因，几个低阶横模的光强分布图激光横模的概念，横模形成的原因，几个低阶横模的光强分布图 2 样。样。 5. 光学谐振腔的损耗种类：几何损耗，衍射损耗，透射损耗，非激光学谐振腔的损耗种类：几何损耗，衍射损耗，透射损耗，非激 活吸收损耗和散射损耗；衍射损耗和透射损耗的计算。活吸收损耗和散射损耗；衍射损耗和透射损耗的计算。 6. 与损耗有关的几个特征量：单程损耗、腔的时间常数，光子的平与损耗有关的几个特征量：单程损耗、腔的时间常数，光子的平 均寿命、均寿命、Q 值；它们之间的相互关系。值；它们之间的相互关系。 7. 自再现模的概念；自再现模积分方程；积分方程解的物理意义：自再现模的概念；自再现模积分方程；积分方程解的物理意义： 本征函数代表光场分布，本征值与损耗和相位滞后相联系。本征函数代表光场分布，本征值与损耗和相位滞后相联系。 8. 方形镜对称共焦腔和圆形镜对称共焦腔的模式特征：（方形镜对称共焦腔和圆形镜对称共焦腔的模式特征：（1）基模）基模 的光腰半径、镜面上的光束半径、横截面上的光场分布、波面曲率的光腰半径、镜面上的光束半径、横截面上的光场分布、波面曲率 半径、发散角、谐振频率；（半径、发散角、谐振频率；（2）高阶横模的光束半径和发散角、高）高阶横模的光束半径和发散角、高 阶横模的谐振频率。阶横模的谐振频率。 9. 一般稳定球面腔的模式特征：等价共焦腔概念、共焦参数、基模一般稳定球面腔的模式特征：等价共焦腔概念、共焦参数、基模 光腰半径、光腰位置、发散角、谐振频率的计算。光腰半径、光腰位置、发散角、谐振频率的计算。 第四章：高斯光束第四章：高斯光束 1. 基模高斯光束的表示形式和基本性质。基模高斯光束的表示形式和基本性质。 2. 高斯光束的特征参量：光腰半径和光腰位置，某一位置的光束半高斯光束的特征参量：光腰半径和光腰位置，某一位置的光束半 径和波面曲率半径，径和波面曲率半径，q 参数表示法。它们之间的关系。参数表示法。它们之间的关系。 3. 高斯光束的聚焦：焦斑大小和焦斑位置的计算。高斯光束的聚焦：焦斑大小和焦斑位置的计算。 4. 高斯光束的准直：单透镜准直和望远镜准直。高斯光束的准直：单透镜准直和望远镜准直。 第五章：激光工作物质的增益特性第五章：激光工作物质的增益特性 1. 谱线加宽线型函数、线宽的定义式。谱线加宽线型函数、线宽的定义式。 2. 均匀加宽和非均匀加宽的特点，表示式。均匀加宽和非均匀加宽的特点，表示式。 3 3. 气体原子的自然加宽、碰撞加宽和多普勒加宽的原因，线型函数、气体原子的自然加宽、碰撞加宽和多普勒加宽的原因，线型函数、 线宽计算：线宽计算： ， ， 4. 单色受激辐射和单色受激吸收跃迁几率定义和计算；受激吸收和单色受激辐射和单色受激吸收跃迁几率定义和计算；受激吸收和 受激辐射截面（中心频率）计算。受激辐射截面（中心频率）计算。 5. 三能级系统和四能级系统单模速率方程。三能级系统和四能级系统单模速率方程。 6. 均匀加宽介质的小信号增益系数、大信号增益系数，增益饱和的均匀加宽介质的小信号增益系数、大信号增益系数，增益饱和的 特点。特点。 )/1()2/()( )2/( )()( 22 01 2 0 0 1 SH H HH IIvvv v vGvG 7. 非均匀加宽介质的小信号增益系数、大信号增益系数，增益饱和非均匀加宽介质的小信号增益系数、大信号增益系数，增益饱和 的特点（烧孔效应）的特点（烧孔效应） 。 第六章：激光器的工作特性第六章：激光器的工作特性 1. 激光器的振荡阈值：（激光器的振荡阈值：（1）阈值增益系数）阈值增益系数；(2) 反转粒子反转粒子lGt/ 数阈值数阈值lnt 21 / 2. 泵浦阈值：三能级系统和四能级系统连续激光器的阈值泵浦功率泵浦阈值：三能级系统和四能级系统连续激光器的阈值泵浦功率 和脉冲激光器的阈值泵浦能量。和脉冲激光器的阈值泵浦能量。 3. 均匀加宽和非均匀加宽介质振荡（起振）纵模数的计算。均匀加宽和非均匀加宽介质振荡（起振）纵模数的计算。 4. 均匀激光器的输出模式：均匀激光器的输出模式：模式竞争（理想情况下单纵模输出）模式竞争（理想情况下单纵模输出） ，空，空 间烧孔效应。间烧孔效应。 ss N v 12 11 2 1 L P 11 7 22 002 2 2()7.16 10() D KTT mcM 2 10 2 1 11 (4ln2)() 00 10 1 ()() (,) 11 D ii i ss gg gIe II II 4 5. 非均匀激光器的输出模式：多纵模输出。非均匀激光器的输出模式：多纵模输出。 6. 连续激光器的输出功率：连续激光器的输出功率： （1）均匀加宽介质单纵模（中心频率）输出功率：）均匀加宽介质单纵模（中心频率）输出功率： （2）非均匀激光器的输出功率：）非均匀激光器的输出功率： 非中心频率：非中心频率： 中心频率：中心频率： （3）兰姆凹陷的含义。）兰姆凹陷的含义。 7. 脉冲激光器弛豫振荡的形成原因。脉冲激光器弛豫振荡的形成原因。 第七章：激光特性的控制与改善第七章：激光特性的控制与改善 1. 模式选择模式选择 （1）激光纵模选取：短腔法，）激光纵模选取：短腔法，F-P 标准具选模，复合腔选模。标准具选模，复合腔选模。 （2）激光横模选取：小孔光阑法，透镜加小孔。）激光横模选取：小孔光阑法，透镜加小孔。 （3）激光谱线选取：腔镜镀膜法，色散元件法。）激光谱线选取：腔镜镀膜法，色散元件法。 2. 调调 Q 技术技术 （1）调）调 Q 的基本原理的基本原理 （2）电光调）电光调 Q、声光调、声光调 Q、可饱和吸收体调、可饱和吸收体调 Q、透射式调、透射式调 Q 的原的原 理和方法。理和方法。 （3）调）调 Q 脉冲的能量、脉冲宽度、峰值功率与哪些因素有关？脉冲的能量、脉冲宽度、峰值功率与哪些因素有关？ 3. 超短脉冲技术超短脉冲技术 0 2() 1 ()1 2 Hq sq gl PATI T 2 0 2 2 () 4ln2 1 q D m s g l PATIATIe 2 1 ()1 2 m s g l PATIATI 5 （1）锁模的基本原理：多纵模振荡、纵模等间隔、相位差恒定。）锁模的基本原理：多纵模振荡、纵模等间隔、相位差恒定。 （2）脉冲周期、宽度、峰值功率的计算。）脉冲周期、宽度、峰值功率的计算。 （3）振幅调制锁模的原理和方法。）振幅调制锁模的原理和方法。 （4）自锁模的原理和方法。）自锁模的原理和方法。 4. 激光调制技术激光调制技术 （1）什么是激光调制，有什么特点？外调制和内调制的区别。）什么是激光调制，有什么特点？外调制和内调制的区别。 （2）电光效应、电光强度调制的原理和方法，半波电压的意义和计）电光效应、电光强度调制的原理和方法，半波电压的意义和计 算。算。 （3）声光效应、声光强度调制的原理和方法。）声光效应、声光强度调制的原理和方法。 （4）直接调制的原理，偏置电流的作用。）直接调制的原理，偏置电流的作用。 5. 激光偏转技术：电光数字式偏转。激光偏转技术：电光数字式偏转。 第八章：典型激光器第八章：典型激光器 1. 固体激光器固体激光器 （1）泵浦方式：灯泵浦、）泵浦方式：灯泵浦、LD 泵浦的结构和特点。泵浦的结构和特点。 （2）红宝石激光器的能级结构、吸收谱、发射谱、工作特性。）红宝石激光器的能级结构、吸收谱、发射谱、工作特性。 （3）Nd：YAG 激光器的能级结构、吸收谱、发射谱、工作特性。激光器的能级结构、吸收谱、发射谱、工作特性。 （4）掺钛蓝宝石激光器的发光机理，荧光线宽，可调谐特性。）掺钛蓝宝石激光器的发光机理，荧光线宽，可调谐特性。 （5）几种常用激光器的输出波长。）几种常用激光器的输出波长。 2. 气体激光器气体激光器 （1）氦氖激光器的基本结构、泵浦方式、发光机理、谱线竞争和谱）氦氖激光器的基本结构、泵浦方式、发光机理、谱线竞争和谱 线选择。线选择。 （2）氩离子激光器的发光机理，激光谱线和谱线选择。）氩离子激光器的发光机理，激光谱线和谱线选择。 6 （3）二氧化碳激光器的输出波长和激光特点。）二氧化碳激光器的输出波长和激光特点。 3. 染料激光器的