激光器及其原理简介

1、激光原理与技术 第一台（红宝石）激光器第一台激光器MAIMEN 红宝石晶体 激光器结构普通光源-自发辐射激光光源-受激辐射激光又名镭射(Laser，它的全名是“辐射的受激发射光放大”。(L ight A mplification by S timulated E mission of R adiation3.1 激光原理一. 特点：方向性极好（发散角10 -4弧度）脉冲瞬时功率大（可达10 14瓦）空间相干性好，有的激光波面上各个点都是相干光源。时间相干性好（10-8埃），相干长度可达几十公里。相干性极好亮度极高按工作方式分连续式（功率可达104W ）脉冲式（瞬时功率可达1014 W ）三.

2、波长：极紫外可见光亚毫米(100 n m ）（1.222 m m ）二. 种类：固体（如红宝石Al2O 3）液体（如某些染料）气体（如He-Ne ，CO2）半导体（如砷化镓GaAs ）" "按工作物质分 但要产生激光必须使原子激发; 且N 2 >N 1, 称粒子数反转(population inversion。原子激发的几种基本方式：1气体放电激发2原子间碰撞激发3光激发(光泵 二粒子数反转举例例. He一Ne 气体激光器的粒子数反转He -Ne激光器中He 是辅助物质，Ne 是激活物质，He 与Ne 之比为51 101。 （要产生激光，除了增加上能级的粒子数外，还要

3、设法减少下能级的粒子数）正好Ne 的5S ，4S 是亚稳态，下能级4P ，3P 的寿命比上能级5S ，4S 要短得多，这样就可以形成粒子数的反转。在碰撞中He 把能量传递给Ne 而回到基态，而Ne 则被激发到5S 或4S ；放电管做得比较细（毛细管），可使原子与管壁碰撞频繁。借助这种碰撞，3S 态的Ne 原子可以将能量交给管壁发生“无辐射跃迁”而回到基态，以及时减少3S 态的Ne 原子数，有利于激光下能级4P 与3P 态的抽空。Ne 原子可以产生多条激光谱线,图中标明了最强的三条:06328115 m339 它们都是从亚稳态到非亚稳态、非基态之间发生的，因此较易实现粒子数反转。§4

4、增益系数激光器内受激辐射光来回传播时，并存着增益光的放大；损耗光的吸收、散射、衍射、透射（包括一端的部分反射镜处必要的激光输出）等。激光形成阶段：增益损耗激光稳定阶段：增益损耗增益损耗一激光在工作物质内传播时的净增益设0处，光强为I 0I+dx I + d I有d IIdx写成等式d I= G I dx定义：增益系数G (gain coefficient 在激光的形成阶段G > G m , 光放大，怎麽光强不会无限放大下去？在激光的稳定阶段怎么又会G = G m ?原因是实际的增益系数G不是常量, 当I 时，会G 。这是由于光强增大伴随着粒子数反转程度的减弱。（负反馈）不会。 我们可以控

5、制1、2的大小：对0.6328 m 1、R 2大Gm 小(易满足阈值条件，使形成激光 ；对1.15 m、3.39 m 1、2小G m 大（不满足阈值条件，形不成激光）。例如，若氦氖激光器N e 原子的0.6328 m, 1.15 m, 3.39 m 受激辐射光中, 只让波长0.6328 m 的光输出， 利用加大纵模频率间隔k 的方法, 可以使区间中只存在一个纵模频率。比如缩短管长到10 c，即L /10则k 10 k在区间中，可能存在的纵模个数为=1。 小结：产生激光的必要条件. 激励能源（使原子激发）. 粒子数反转（有合适的亚稳态能级）. 光学谐振腔（方向性，光放大，单色性）基横模在激光光束

6、的横截面上各点的位相相同，空间相干性最好。§6 激光的特性及其应用方向性极好的强光束-准直、测距、切削、武器等。相干性极好的光束-精密测厚、测角，全息摄影等。例激光光纤通讯 由于光波的频率比电波的频率高好几个数量级，一根极细的光纤能承载的信息量，相当于图片中这麽粗的电缆所能承载的信息量。 探针尖端在工作时处于受迫振动状态，其频率接近于探针的共振频率。探针尖端在受样品原子的范得瓦尔斯吸引力的作用时，其共振频率发生变化，因而振幅也随之改变。为了跟踪尖端的振动情况，将一束激光分成两束，其中一束通过棱镜反射，另一束则穿过布喇格室，然后从探针背面反射回来。可检测出尺度小至5毫微米的表面起伏变化。用于检查微电路成品，检查制作微电路用的硅表面的质量。这两束光重新会合后