激光器组成和模式选择

1、激光的基本原理、特性激光的基本原理、特性 激光器的基本结构激光器的基本结构激励能源激活介质光学谐振腔光学谐振腔使入射光得到放大，是核心供给工作物质能量只让与反射镜轴向平行的光束能在激活介质中来回地反射，连锁式地放大。最后形成稳定的激光输出。光抽运激光束激光的基本原理、特性激光的基本原理、特性 激活介质的粒子数反转激活介质的粒子数反转无辐射跃迁无辐射跃迁抽运抽运抽运抽运激励激励E3E0E2E3A21E1E2E1A21B12B12B21B21三能级图四能级图亚稳态基态激发态三能级系统原理三能级系统原理 E E1 1为基态，为基态，E E2 2、E E3 3 为激发态，中间能级为激发态，中间能级E

2、E2 2为为亚稳态。在泵浦作用下，基态亚稳态。在泵浦作用下，基态E E1 1的粒子被抽运的粒子被抽运到激发态到激发态E E3 3上，上，E E1 1上的粒子数上的粒子数N N1 1随之减少。但由随之减少。但由于于E E3 3能级的寿命很短，粒子通过碰撞很快地以能级的寿命很短，粒子通过碰撞很快地以无辐射跃迁无辐射跃迁的方式转移到亚稳态的方式转移到亚稳态E E2 2上。由于上。由于E E2 2态态寿命长，其上就累积了大量的粒子，即寿命长，其上就累积了大量的粒子，即N N2 2大于大于N N1 1，于是于是实现了亚稳态实现了亚稳态E E2 2与基态与基态E E1 1间的粒子数反转分间的粒子数反转分布

3、。布。四能级系统原理四能级系统原理 三能级激光器的效率不高，原因是抽运前几乎三能级激光器的效率不高，原因是抽运前几乎全部粒子都处于基态，只有激励源很强而且抽运全部粒子都处于基态，只有激励源很强而且抽运很快，才可使很快，才可使N N2 2 N N1 1 ，实现粒子数反转。，实现粒子数反转。 四能级系统是使系统在两个激发态四能级系统是使系统在两个激发态E E2 2、E E1 1之间实现粒之间实现粒子数反转。因为这时低能级子数反转。因为这时低能级E E1 1 不是基态而是激发态，其上不是基态而是激发态，其上的粒子数本来就极少，所以只要亚稳态的粒子数本来就极少，所以只要亚稳态E E2 2上的粒子数稍有

4、上的粒子数稍有积累，就容易达到积累，就容易达到N N2 2 大于大于N N1 1，实现粒子数反转分布，在能，实现粒子数反转分布，在能级级E E2 2 、E E1 1 之间产生激光。于是，之间产生激光。于是，E E3 3 上的粒子数向上的粒子数向E E2 2 跃迁跃迁， E E1 1上的粒子数向上的粒子数向E E0 0 过渡，整个过程容易形成连续反转，过渡，整个过程容易形成连续反转，因因而四能级系统比三能级系统的效率高而四能级系统比三能级系统的效率高。 激光的基本原理、特性激光的基本原理、特性 激光器的组成 激光的基本原理、特性激光的基本原理、特性 激光器的组成泵浦源从直接实现粒子数反转的方式分

5、类，主要有以下泵浦方式：u 光激励方式u 气体辉光放电或高频放电方式u 直接电子注入式u 化学反应方式 除了上述四种泵浦方式外，热激励，冲击波，电子束，核能等都可能用来实现粒子数反转。究竟采用哪种泵浦方式，因工作物质的能级系统结构而定。 激光的基本原理、特性激光的基本原理、特性 激光器的组成光学谐振腔作用： u 提供轴向光波模的正反馈 通过谐振腔镜面的反射，轴向光波模可在腔内往返传播，多次通过激活介质而得到受激辐射放大，从而在腔内建立和维持稳定的自激振荡。 激光的基本原理、特性激光的基本原理、特性 激光器的组成腔模：在激光技术的术语中，通常将激光谐振 腔内可能存在的电磁场本征态称为腔的模式。

6、电磁场的每一个本征态都具有一定的频率得和分布空间。 从光子的角度看，激光模式，就是腔内可区分的光子的状态，同一模式的内的光子具有相同的状态，且具有相同的基本特征，主要包括：u 电磁场分布u 谐振频率u 在腔内往返一次所经受的功率损耗u 相对应的激光束的发散角u 控制振荡模式的特性（选择光波的频率和方向） 由于光束在腔内多次的来回反射，只有极少频率的光满足干涉相长的条件，光强得到加强，频率得到筛选，特别在谐振腔轴线方向，可以形成光强最强，模数最少的激光振荡，而和轴向有较大夹角的光束，则由侧面逸出，不能形成激光振荡。 激光的基本原理、特性激光的基本原理、特性 激光器的组成 激光的基本原理、特性激光的基本原理、特性 激光器的组成11 光在谐振腔内来回反射，相干叠加，只有形成驻波的光才能振荡 一、纵模（振荡频率）全反射镜部分 反射镜120kk1kN 个纵模kN振荡纵模振荡纵模纵模间隔纵模间隔辐射线宽内的纵模个数辐射线宽内的纵模个数 13讨论 （1