第二讲 激光原理 激光器基本结构.ppt

激光原理，本单元的主要内容，能量准位转移自发发射诱导辐射诱导吸收，粒子数反转三电平和四电平激光基本结构纵向模式，根据量子力学原理，原子只能在一系列被称为原子“能量准位”的能量不连续正常状态下稳定存在。原子能量的任何变化(吸收或辐射)只能在一定的状态之间进行。我们把原子的这种能量变化过程称为转移。这里的状态，基底状态，6，辐射转移和非辐射转移，1。过渡：粒子从一个能量级别转换到另一个能量级别的过程，2。辐射转移：粒子发射或吸收光子的转移(如果满足转移选择规则)，发射转移：粒子发射1光子=HV=E2-E1，从能量级别转移到低能量级别；吸收转移：粒子吸收1光子=HV=E2-E1，将最大能量等级转移到低能量等级。7，3。没有辐射转移：不发射或吸收光子的转移(通过与其他粒子或气体容器壁的碰撞或其他能量交换过程)，4。激发态的平均寿命:粒子激发态停留时间的平均的典型值333610-7 10-9秒，5。准稳态：如果某激发能级和低能级之间没有辐射转移，或只有弱辐射转移，则该状态的平均寿命很长(10-3秒)，准稳定能级及其状态为准稳态。一般，h原子2p状态0.16 10-8S3p状态0.54 32;10-8S子正常状态：He原子的两个亚稳定级(20.55ev) 10，单位体积的单位时间内E2厘米E1处自发发射的原子数：自发发射过程(spontaneousradiation)，用方程编制，a21自发发射系数，单个原子在单位时间内自然发射过程发生的概率。每个原子自发发出的光是独立的、无关的非干涉光。激发辐射，等光子，设定(，t)-温度为t时，频率是单位频率间隔内外部光源的能量密度，接近=(E2-E1)/h。E2厘米E1中诱导发射的原子数：等效，B21 ，感应放射光与外来光具有相同的频率、偏振方向、相位和传播方向-光的放大。冲击辐射过程，上面的外部光也能从E1E2吸收原子。由于单位体积的单位时间内的外来光吸收，E1 A5;5;，A21，B21，B12被称为爱因斯坦系数。与普朗克黑体辐射公式一起，爱因斯坦理论上提出的爱因斯坦感应辐射理论为20世纪60年代初实验获得激光奠定了理论基础。f2B21=f1B12，上述关系是如何推导的？答：结合原子数能级分布(玻耳兹曼分布)和热平衡条件导出。想法：物质的吸收光谱和辐射光谱是如何形成的？提示：光学中光谱的概念，20，Nd3的能量水平分割，氙灯和激光二极管泵源发射光谱，粒子数反转，E2E1自发辐射的光可能引起感应辐射过程或引起吸收过程。N2N1状态称为“反转粒子数”或“反转集数”。B21=B12，w21=w12导致激光生成，视频，24，实现粒子数反转的物质对光有利，粒子数反转后如何实现粒子数反转？1)提供足够的外部激励能源；2)原子在这里的状态下再“停留”一些。1)实现粒子数反向分布的条件，电激发，化学激发，热激发，光激发，(a)激发(也称为泵)，光的光增益，(b)适当的能级结构(适当的准稳态存在)，光的光增益，27，光增益，28，红宝石激光工作物质：红宝石是掺有少量铬离子(Cr3)的(Al2O3)晶体。使用光激发方法：刺激和发光在典型的三级系统Cr3中进行。光的光增益，29，4级系统比三级系统更容易实现粒子数反转分布。光的光增益，30，4级系统可以在泵光足够强的情况下实现能量级E3在E2之间的粒子数反转。光的光增益，子稳定级，n，e，0，31，nd: YAG激光是4级系统，32，he-ne气体激光是4级系统，光的光增益，36，激光工作材料，全反射镜，半反射镜，工作原理：out，光放大原理，37，一对镜子为端面的空腔称为谐振腔。光共振器的作用，光共振器，38，振动模式用TEMmnq表示稳定光波的基本形式，可以存储在谐振腔的存储器中。m和n表示此模式垂直于腔轴形成驻波的节点数，称为水平模块。q表示其模式在光腔轴的平面内形成的节点数称为纵向模块。1.钟形可能引起振动的频率关系2。横模式光场水平上具有不同的稳定分布。光学谐振腔，39，摘要：激光生成的必要条件，l .激发能量(刺激原子以反转粒子数)，2。粒子数反转(包括合适的准稳定能级)，3