激光器的设计与制作PPT课件

。1、激光设计与制造-半导体激光技术，2、非线性光学，非线性光学的研究内容，非线性光学的发展历史和趋势，非线性光学的典型应用，典型的非线性光学过程，3、非线性物理、量子力学和相对论共同构成了现代物理学的基石。它是物质间强相互作用研究中普遍存在的一种非线性现象，即研究效果与反应之间的关系是一种非线性现象。非线性物理学是现代物理学的重要基石。非线性光学的含义，非线性光学是非线性物理学的一个分支学科，非线性光学是现代光学的一个分支学科，光学：光的发射和传播以及光和物质之间的相互作用。激光是一种强光源。基于自发辐射的普通光源的光学被称为“传统光学”。基于受激辐射的激光光源光学被称为“现代光学”。非线性光学研究强光与物质的相互作用规律，极大地丰富了非线性物理的内容。在激光出现之前，人们对光学的理解主要局限于线性光学：光束在介质中的传播是相互独立的。光的频率在传播过程中不会改变。折射率、吸收系数等。介质的偏振强度与入射光的光强无关，但是介质的偏振强度与光波的电场强度成正比，是入射光的频率和偏振的函数。非线性光学是研究激光和物质相互作用的学科。非线性光学现象是高阶偏振现象。非线性光学的研究内容，6.对于非常强的激光，光波的电场强度可以与原子内部的库仑场相媲美。介质的偏振强度不仅与光场的电场强度E的一侧有关，而且还取决于E的较高功率项，从而导致许多线性光学中不明显的新现象非线性、非线性关系、光对介质的影响、介质响应、7、非线性光学与线性光学的区别。8、非线性光学效应的分类，根据激光与介质的相互作用，可分为被动非线性光学效应和主动非线性光学效应。被动非线性光学效应：光和介质之间没有能量交换；不同频率的光之间只进行能量交换。如倍频过程、参量过程、四波混频等。主动非线性光学效应：光和介质之间存在能量交换；介质的光学参数与光场的强度有关。如非线性吸收饱和吸收、双光子吸收；非线性散射受激拉曼散射、受激布里渊散射等。非线性光学的发展经历了1961-1965年的三个不同时期：在其建立的初期，非线性光学效应大量而迅速地出现：光学谐波、光学和频和差频、光学参量放大和振荡、多光子吸收、光束自聚焦和激光散射。1965-1985:在发展的成熟阶段，新的非线性光学效应继续被发现：非线性光谱效应、各种瞬态相干效应、光诱导击穿等。对发现的效应有更深的理解，开发各种非线性光学器件。非线性光学从1985年至今的发展历程：应用阶段已经从研究固体非线性效应扩展到研究包括气体、原子蒸气、液体、固体甚至液晶在内的非线性效应。从二阶非线性效应到三阶、五阶甚至更高阶的效应。从一般非线性效应到共振非线性效应；就时间而言，纳秒输入皮秒和飞秒。11、普克尔斯效应和克尔效应。一些各向同性透明物质在电场作用下表现出光学各向异性。物质的折射率因外加电场而改变的现象是电光效应。电光效应包括普克尔斯效应和克尔效应。电光效应是指某些各向同性透明物质在电场作用下表现出光学各向异性的效应。波克耳斯效应或林克尔效应或次级电光效应是指折射率与外加电场强度的次级功率成比例变化的效应。1875年，英国物理学家约翰克尔(1824-1907)发现。12、普克耳效应和克尔效应，一些晶体在纵向电场的作用下会改变它们的各向异性性质(电场的方向与光传播的方向相同)，从而产生额外的双折射效应。例如，将磷酸二氢钾晶体放置在两个平行的导电玻璃板之间，导电玻璃板形成能够产生电场的电容器，晶体的光轴与电容器板的法线一致，入射光沿晶体的光轴入射。就像观察克尔效应一样，我们用正交偏振系统来观察。当不施加电场时，入射光在晶体中不经历双折射，并且不能通过P2。当施加电场时，晶体产生双折射，光通过P2。普克耳斯效应与外加电场强度的一阶成正比。大多数压电晶体都能产生普克耳斯效应。像克尔效应一样，普克尔斯效应常用于光学门、激光器的调Q开关和光波调制。嘿。13，1870，johnkerrdemonstratedthattherefractiveindexofnumberofsolidsandliquississslighlychangedbytheapplicationofstrong dcfield，Johnkerwasborn 17 December 1824 .从1857年开始，他在英国格拉斯哥自由教会大学学习自由教会培训。1890.哥廷根大学的弗里德里希普克勒斯(Pockels)研究了相关的过程知识。使工作物质中的粒子数反向分布，自发辐射引起受激辐射；谐振腔通过频率选择放大辐射的光波。16，非线性光学的历史，1961弗兰克等人在密歇根大学的实验光学倍频实验。非线性光学新学科的出现！17，1962光学和频率，Bass等人使用波长差为1nm的两个红宝石激光器将两束光入射到TGS(硫酸三甘氨酸酯)晶体中，并且通过光谱分析发现输出光束包含大约347nm的三条谱线。1962年，当Woodbury和Ng用甲苯研究调Q红宝石激光器时，他们发现出射光束除红宝石激光线外，还有766nm的谱线，与红宝石激光具有相同的传播方向和小的发散角，其频率相对于红宝石激光下降了1345cm-1，频移刚好等于甲苯最强拉曼模的振动频率。二次谐波、光和频率和受激拉曼散射被列为最先发现的三种基本非线性光学效应。凯泽和加勒特：同时吸收两个光子，原子从基态跃迁到激发态。双光子吸收，人们也发现了许多新的非线性光学现象，双光子吸收是由介质中的原子同时吸收两个光子，从基态过渡到激发态。双光子吸收系数与入射光强度的平方成正比。这些现象的发现极大地促进了高分辨率光谱的研究和发展。20，1963，饱和吸收效应。当入射激光束的强度增加时，介质的吸收系数将降低。利用这种效应，可以在具有较大多普勒宽度的谱线轮廓中获得具有非常窄线宽的饱和吸收凹度。饱和吸收光谱是一种测量原子吸收光谱的技术，通常称为SAS。饱和吸收光谱的特征是吸收光谱信号的半高宽不是无多普勒的，而是仅由所涉及的原子能级跃迁的线宽和激光强度决定的。饱和吸收效应，21，1965: Giordmaine和Miller光学参量放大和振荡，以及，22，与声学激发相关的受激布里渊散射，与熵激发相关的受激瑞利散射，与分子取向激发相关的瑞利机翼散射等。也是在受激拉曼散射的激励下观察到的。在20世纪60年代早期和中期，布隆伯格和他的学生是基于电介质极化和耦合方程的非线性光学理论的主要基础，同时发现了上述非线性现象。他提出了一个通用的理论框架，可以描述液体、半导体和金属的许多非线性光学现象。何和他的学派从三个方面奠定了非线性光学的理论基础：物质对光波场的非线性响应及其描述方法；光波之间以及光波与物质激发之间的相互作用理论；光通过界面的非线性反射和折射理论。理论和实验相结合，发现了一系列三阶非线性光学效应。还发现，只要有足够的光强，三阶非线性效应就存在于所有介质中。1962年，Askarian(Askaran)在理论上提出，由于折射率随光强变化，激光束在传播过程中可能出现自聚焦现象。1964年，当功率为几兆瓦的调Q激光束穿过固体时，赫谢尔观察到许多排列成行的损伤点，直径只有几微米。很快，焦立中等人提出了一个自陷模型来解释这一现象。20世纪70年代初，光学克尔效应得到了实验验证。25、光学相位共轭，光学相位技术是非线性光学中广泛使用的技术之一。在当今的光通信技术领域，它也用于补偿光纤长距离传输引起的信号失真。在激光技术领域，它用于补偿激光束在激光介质中传播所引起的光束畸变。相位共轭反射镜，普通反射镜，什么是相位共轭？如果输出波的相位是过程中输入波相位的复共轭，该过程被定义为相位共轭。换句话说，这个过程反转了输入波的相位。等效于相位共轭的输出波相对于输入波反向传播，空间完全反转。这种相位共轭反射镜与传统反射镜完全不同，传统反射镜根据原始路径复制并返回输入波的空间形状。当光束在非线性介质中传播时，它的波前由于光束的自身作用而发生畸变。1976年，贝尔实验室的吉布斯(Gibbs)等人利用非线性标准具观察到了由于折射率随光强变化而产生的光学双稳态效应，从而开创了非线性光学研究的一个分支光学双稳态研究，这一分支在物理和应用上都非常重要。光学双稳性光学双稳性技术可以使这种器件具有两种稳定的透射(或反射)光强状态，即高透射率和全反射。透射率曲线类似于电磁学中的磁滞回线。吸收光学双稳态效应，光学双稳态器件是基于非线性介质吸收光引起的非线性折射率变化(色散变化)，以及共振吸收饱和效应。如果法布里-珀罗干涉仪填充有非线性介质，那么由于光场诱导的折射率，通过干涉仪的单色光束的透射率与光束的强度有关。例如，当干涉仪的间隔被调谐到使透射率达到峰值的值时，当强光束被照射时，干涉仪开始失谐，因为由光场引起的折射率已经在穿过干涉仪的光束中引起了额外的相位变化。通常，非线性法布里-珀罗干涉仪的透射率是光强的高阶非线性函数，并且与干涉仪的初始偏置有关。它通常用于实现光强限制、差分放大和双稳态。20世纪70年代中期，人们发现相位共轭可以通过四波混频来实现，这是非线性光学中的一个重要发现。这开辟了非线性光学相位共轭的一个重要研究领域。作为另一种类型的非线性光学，各种相干瞬态光学效应也在20世纪60年代和70年代初被提出和实现。光子回波是在64年内预测和观测到的。67年发现了光学自感知透明性。69年预测并观测到光学章动；72年来观察到光学自由感应衰减。非线性光学的应用研究始于20世纪70年代。一方面，它为非线性光学注入了可持续发展的力量。另一方面，研究成果进一步丰富了非线性光学的内容。扩展相干光源倍频，和频，倍频：蓝光，紫光，紫外光差频：红外激光参量振荡：可见光，近红外，红外，远红外可调谐激光受激拉曼散射，四波混频，参量振荡(气体):紫外光，真空紫外可调谐激光器，33、自1990年以来，非线性光学在以下领域取得了重大进展：飞秒区域的非线性光学特性研究、飞秒化学和飞秒生物学；有源和无源半导体器件在光通信中的应用：光纤中的非线性光学，光孤子；高容量、高速光存储X激光器；压缩态的实验进展：非线性光学已经成为高科技，特别是光电子技术、光子学和光子技术的基础。34岁。非线性光学的发展趋势：1。从连续和宽脉冲到皮秒和飞秒超短脉冲；2、从稳态到动态发展；3.从强光非线性到弱光非线性；4.从基态到激发态再到激发态的发展；5.从共振区发展到非共振区；6、从研究材料规模，从宏观到微观发展。非线性光学的应用。36，37，二次谐波，5种典型的非线性光学效应，光电场，极化强度，P是电子产生的电偶极矩，38，1961，Fraunhofer等人使用应时晶体对红宝石激光器(0.6943um)进行了二次谐波实验。获得0.3471um的紫外光。1962年，乔特迈耶和马克尔等人提出了相位匹配技术，使得在二次谐波产生和光混频过程中实现更高的转换效率成为可能。应用：输出波长为1.06um，532nm激光可由二次谐波(SHG)产生，265nm紫外光可由一次和二次谐波产生。基波和SHG或倍频分别可获得353纳米三次谐波和212纳米五次谐波。利用这些新产生的波长来激发可调谐染料激光器、光参量振荡器等。可以获得新的可调波段。光混合不仅可以将激光的波长扩展到紫外线，还可以扩展到远红外。二次谐波产生是非线性光混频中最典型、最重要、最基本、应用最广泛的技术。光与物质相互作用的整个过程可以分为光作用于物质使物质极化形成极化场和极化场两个子过程，作为向外辐射光波的新辐射源。原子由原子核和核外电子组成。当频率为的光入射到介质上时，它引起介质中原子的极化，即负中心相对于正中心偏移r，形成电偶极矩，单位体积中原子偶极矩的和定义为极化强度矢量p，非线性极化，40，虽然许多介质会产生非线性效应，但是，对于一些具有中心结构和各向同性介质(如气体)