激光原理与技术课程内容概要

各章内容总结各章内容总结 第第 1 章章 1 光的波粒二相性 光子学说光的波粒二相性 光子学说 光是由一群以光速光是由一群以光速 c 运动的光量子 简称运动的光量子 简称光子光子 所组成 所组成 2 三种跃迁过程 自发辐射 受激辐射三种跃迁过程 自发辐射 受激辐射 和受激吸收 和受激吸收 3 自发辐射和受激辐射的本质区别 自发辐射和受激辐射的本质区别 4 在热平衡状态下 物质的粒子数密度按能级分布规律 正常分在热平衡状态下 物质的粒子数密度按能级分布规律 正常分 布 布 5 激光产生的必要条件激光产生的必要条件 实现粒子数反转分布实现粒子数反转分布 6 激光产生的阈值条件 增益大于等于损耗激光产生的阈值条件 增益大于等于损耗 7 激光的特点 激光的特点 1 极好的方向性 极好的方向性 10 3rad 2 优越的单色性优越的单色性 3 8 108Hz 是单色是单色 性最好的普通光源的性最好的普通光源的 线宽的线宽的 105倍倍 3 极好的相干性极好的相干性 频率相同频率相同 传播方向同传播方向同 相位差恒定相位差恒定 4 极高的亮度极高的亮度 8 激光器构成及每部分的功能激光器构成及每部分的功能 1 激光工作物质激光工作物质 hE chchcEm 22 提供形成激光的能级结构体系 是激光产生的内因提供形成激光的能级结构体系 是激光产生的内因 2 泵浦源 泵浦源 提供形成激光的能量激励 是激光形成的外因提供形成激光的能量激励 是激光形成的外因 3 光学谐振腔 光学谐振腔 提供光学正反馈作用提供光学正反馈作用 控制腔内振荡光束的特性控制腔内振荡光束的特性 9 激光产生的充分条件激光产生的充分条件 在增益介质的有效长度内光强可以从微小信在增益介质的有效长度内光强可以从微小信 号增长到饱和光强号增长到饱和光强 10 饱和光强饱和光强 定义定义 使激光上能级粒子数减小为小信号值的使激光上能级粒子数减小为小信号值的 1 2 时的光强为饱和时的光强为饱和 光强光强 11 谱线加宽的分类谱线加宽的分类 均匀加宽和非均匀加宽均匀加宽和非均匀加宽 两种加宽的本质区别 两种加宽的本质区别 12 激光器泵谱技术的分类激光器泵谱技术的分类 直接泵谱直接泵谱 缺点 缺点 49 页 页 uuuu S h Ac h I 11 2 2 8 211 2 1 2 1 11 1 u j j i uiH AA N D M T Mc kT 0 72 1 2 0 1016 7 2 ln2 2 间接泵谱间接泵谱 分为自上而下 自下而上和横向转移三中方式分为自上而下 自下而上和横向转移三中方式 间接泵谱的优点 间接泵谱的优点 13 频率牵引频率牵引 有源腔中的纵模频率总是比无源腔中同序数频率更接近工作物质有源腔中的纵模频率总是比无源腔中同序数频率更接近工作物质 的中心频率的中心频率 14 当粒子反转数大于零时 在激光谐振腔中能够自激振荡吗 为什当粒子反转数大于零时 在激光谐振腔中能够自激振荡吗 为什 么 么 15 证明光谱线型函数满足归一化条件证明光谱线型函数满足归一化条件 证明证明 1 dgIdIgdII 则则 第第 2 章章 1 光学谐振腔的分类和作用光学谐振腔的分类和作用 2 光学谐振腔的损耗光学谐振腔的损耗 分类分类 几何损耗 衍射损耗 输出腔镜的透射损耗和非激活吸收 几何损耗 衍射损耗 输出腔镜的透射损耗和非激活吸收 散射等其他损耗散射等其他损耗 计算计算 3 模式的概念及分类模式的概念及分类 4 推导平平腔的两个相邻纵模的频率间隔推导平平腔的两个相邻纵模的频率间隔 证明 证明 1 dg 1 2L c qqq 5 以平以平 平腔为例掌握光学谐振腔横模的形成过程平腔为例掌握光学谐振腔横模的形成过程 6 光学谐振腔的稳定性光学谐振腔的稳定性 定义 定义 实质 实质 条件 条件 7 高斯光束高斯光束 高斯光束既不是平面波 也不是一般的球面波 在其传播轴线附高斯光束既不是平面波 也不是一般的球面波 在其传播轴线附 近可以近似看作是一种非均匀高斯球面波 在传播过程中其曲率近可以近似看作是一种非均匀高斯球面波 在传播过程中其曲率 中心和曲率半径不断改变 其振幅和强度在横截面内始终保持高中心和曲率半径不断改变 其振幅和强度在横截面内始终保持高 斯分布特性 强度集中在轴线附近 且等相面始终保持为球面 斯分布特性 强度集中在轴线附近 且等相面始终保持为球面 计算计算 2 0 L 2 0 2 0 2 0 1 1 R z z w w z wzw 1 1 22 2 0 z z z z w zzR R 0 0 2 2 f 22 2 0 qL q L q 2 2L c q q 1 2L c qqq 10 21 gg 2 0 R Z 第第 10 章章 1 掌握调制的定义 方法和分类掌握调制的定义 方法和分类 将所传递的信息加载到激光上将所传递的信息加载到激光上 将激光作为信息的载体将激光作为信息的载体 通过改变激光的振幅 波长通过改变激光的振幅 波长 频率频率 相位 偏振参数 方向等 相位 偏振参数 方向等 各参量 使光携带信息各参量 使光携带信息 完成调制的装置称为调制器完成调制的装置称为调制器 激光起携载低频信号的作用 称为载波激光起携载低频信号的作用 称为载波 起控制作用的低频信号 称为调制信号起控制作用的低频信号 称为调制信号 被调制的激光 称为调制光被调制的激光 称为调制光 分类分类 按调制器与激光器的关系 内调制和外调制按调制器与激光器的关系 内调制和外调制 按调制光束的参量的不同按调制光束的参量的不同 振幅调制振幅调制 频率调制频率调制 相位调制相位调制 强度调制强度调制 脉冲调制脉冲调制 1 1 2 zw i zRzq 按调制器的工作机理按调制器的工作机理 1 电光调制电光调制 2 声光调制声光调制 3 磁光调制磁光调制 2 掌握纵向电光调制的原理 掌握纵向电光调制的原理 3 理解声光和磁光调制的原理