激光复习资料

1 激光器的基本结构包括三部分，即工作物质、激励能源、光学谐振腔2任何一个共焦腔与 无穷多个稳定球面腔 等价，而任何一个满足稳定条件的球面腔 唯一地 等价于一个共焦腔。3. 影响腔内电磁场能量分布的因素有激活介质的光放大作用、腔镜反射不完全介质吸收、衍射损耗4目前世界上激光器有数百种之多，如果按其工作物质的不同来划分，则可分为四大类，它们分别是固体激光器、气体激光器、液体激光器、半导体激光器 5 He-Ne激光器是典型的四能级系统，有三条主要激光谱线，其激光谱线及波长分别为3S2P 0.6328m 2S2P 1.15m 3S3P 3.39m 1连续激光器稳定工作时的增益系数是否会随泵浦功率的提高而增加？为什么？不会 因为连续激光器稳定时增益系数为 ，G0为小信号增益系数，I为腔内光强，Is 为饱和光强。 因此，当满足阈值条件以后，当外界的泵浦功率增加时，腔内光强增加，引起增益饱和作用，则增益下降。 在稳态工作时，激光器的增益系数保持与阈值相等，不会随泵浦功率的提高而增加。 2简要叙述激光器稳定出光的过程。答：激光增益介质在激励源的激励下造成一定数目的粒子数反转分布，高能级上的粒子不稳定会产生自发辐射光，增益介质对这些最初始的自发辐射光有一定的增益系数，此时的增益要大于谐振腔的总损耗，光在谐振腔中往返传播一周增加的量大于损耗的量，因此光在谐振腔中逐步得到放大；当光被继续放大到一定强度可与激光器的饱和光强可比拟时，光强使介质的增益系数产生饱和效应，当增益系数逐步下降到等于谐振腔的总损耗系数时，光在腔中往返一次被增加的量等于损耗的量，此时激光器即发出稳定的光强。3 为什么一般来说均匀增宽的稳定态激光器的输出通常是单纵模的，而非均匀增宽的稳定态激光器输出通常是多个纵模？答：（1）对于均匀增宽型介质激光器来说，每个发光粒子对形成整个谱线都有贡献。当强度很大的光通过时，它会造成整个增益曲线按同一比例下降，通过增益的饱和效应模式之间会造成谱线竞争，最终只剩下与中心频率靠得最近的那个模式，所以是单纵模的；（2）对于非均匀增宽型介质激光器来说，某一种纵模的光强增强时，增益的饱和效应并不引起整个增益曲线下降，而是在该纵模对应的频率处烧一个孔，所以如果有多个纵模的小信号增益都大于阈值的话，这些纵模都可以建立起自己的振荡，所以非均匀增宽的稳定态激光器输出通常是多个纵模。4如图所示，和（基态）分别为激光上下能级，和分别为上下能级的粒子数密度，谐振腔中传播的单色光能密度为（假设其线宽毕介质的线型函数的线宽窄得多）。图中过程为泵浦速率为的抽运过程，为自发辐射过程， 和分别为受激辐射和受激吸收过程，自发辐射系数、受激辐射系数、和受激吸收系数分别为、.试写出能级在单位时间内粒子数密度的增加量，并说明表达式中每一项的物理意义。答：其中：为单位时间通过自发辐射从能级跃迁到能级的粒子数密度，即能级上的粒子数密度由于自发辐射减少的量。为单位时间通过受激辐射从能级跃迁到能级的粒子数密度，即能级上的粒子数密度由于受激辐射减少的量；为单位时间通过受激吸收从能级跃迁到能级的粒子数密度，即能级上的粒子数密度由于受激吸收增加的量。5什么是黑体辐射？写出Planck 公式,并说明它的物理意义答：黑体辐射：当黑体处于某一温度T 的热平衡情况下，它所吸收的辐射能量应等于发出的辐射能量，即黑体与辐射场之间应处于能量（热）平衡状态，这种平衡必然导致空腔内存在完全确定的辐射场，这种辐射场称为黑体辐射或平衡辐射。 Planck 公式：=-物理意义：在单位体积内，频率处于附近的单位频率间隔中黑体的电磁辐射能量。6.如何定义激光增益？什么是小信号增益？大信号增益？增益饱和？答：激光增益定义：设在光传播方向上z 处的光强为 ，则增益系数定义为，表示光通过单位长度激活物质后光强增长的百分数。 小信号增益：当光强很弱时，粒子数差值不随 z 变化，增益系数为一常数 ，称为线性增益或小信号增益。 大信号增益：在放大器中入射光强I 与 （为饱和光强)相比拟时，为大信号增益。 增益饱和：当光强足够强时，增益系数 g 也随着光强的增加而减小，这一现象称为增益饱和效应。7.求解菲涅尔-基尔霍夫衍射积分方程得到的本征函数和本征值各代表什么? 答：本征函数：描述腔的一个自再现模式或横模。其模描述镜面上场的振幅分布，幅角描述镜面上场的相位分布。 本征值：表示自再