第一章 激光的基本特性

1、2020/7/17，1，激光原理，周炳坤编著，2020/7/17，2，教师信息苏红办公室地址：科技大厦5楼516-2室电话：3360 26534230(O)M)/615090光子学研究光子作为信息和能量载体的科学。光子技术产生相干光的激光原理(54小时)。相干光控制(调制和偏转)。光频(波长)转换激光装置及原理(54小时)。相干光检测与应用光电检测，2020/7/17，4，教学大纲：第1章，第2章，第4章，第5章，第7章(自学)。1.了解激光的组成，掌握激光原理和激光特性的基本知识；2.理解光学谐振腔模式的波动理论，掌握同轴球形腔的稳定性条件；掌握对称共焦腔的基本特性

2、，利用等效共焦腔的概念分析一般稳定球形腔的模式特性；掌握高斯光束的基本特性和传输规律，分析高斯光束的聚焦和准直。2020/7/17/6/3。掌握谱线展宽和线性函数的机理，掌握速率方程理论的分析方法，掌握均匀展宽和非均匀展宽工作物质的增益系数特性。4.掌握激光振荡特性(阈值概念、激光启动和保持稳定的工作条件、模式特性和输出功率)；理解弛豫振荡、线宽极限和频率牵引的概念。2020/7/17/7/2020，教学方法：课堂内容：演示课堂练习：课后作业：每个人都有一个固定的笔记本，周三上课前不允许随意离开教室。学风建设：主动听课，把心放在课堂上，认真独立地完成作业，端正态度，避免碰运气。2020/7/1

3、7/8，问答时间：14:30-16:30每周五下午地点：科技大厦5楼516-2室，查看学校精品课程网站：精品课程：/，2020/7/17/9，专题研究或实验室访问：专题研究方法的内容。2020/7/17，10，简介，激光发展的历史，激光的基本原理，光与物质相互作用的三个过程，受激辐射放大的自激振荡器，2020/7/17，11，2020/7/17，12，(通过辐射的受激发射进行激光放大)，这是一门边缘课程，结合了量子电子学、微物理学和量子科学来研究激光原理、激光装置以及所有波段中相干辐射与物质之间的相互作用。光电子学：光学频带中的电子学。对象：电磁波光子学对象：光子，首先，前言什么？2020/7

4、/17/13，第二部分。激光发展的历史如何？科学技术发展规律基础理论研究新技术产品开发产业基础理论研究是建设科学大厦的基石。探索激光发展的科学家、2020/7/17，14，1，激光生产史1917: A。爱因斯坦提出受激辐射可以实现光放大的概念，为激光发明奠定了理论基础。1917年后近四十年：量子理论的发展；粒子数反转的有效实现：电子学和微波技术的发展。1954年，前苏联的霍洛夫在美国的唐人街第一次实现了微波激射器。通信和雷达技术希望进一步提高电磁波的频率。(微波-可见光波段)，2020/7/17/15/19583360 Towns和A.L.Schawlow提出了一种利用开放光学谐振腔实现光学振

5、荡的新思路。布隆伯格提出了利用光泵三能级系统实现粒子数反转分布的新思想。是非线性光学理论的创始人。发表在1958年12月的物理评论上。1960年3月：获得专利。2020/7/17/16/1960:世界上第一台红宝石固态激光器在美国休斯公司实验室诞生。2007年5月5日：激光先锋梅曼去世。79岁的时候。YVO4 2020年7月17日，世界第一台激光器诞生(1960)，红宝石固态激光器，波长：6943 A(694.3纳米)，峰值功率：10千瓦，2020年7月17日，世界第一台激光器型号：固态激光器：红宝石，2020/7/17/19/1961:中国第一台激光器。1961年8月，中国第一台小球照明红宝

6、石激光器在中国科学院长春光学与精细机械研究所诞生。这台激光器的设计者是王志江教授，他被称为中国激光之父。2020/7/17/20，中国第一台激光器(1961)，2020/7/17/21，王大珩(1915年2月26日，2011年7月21日)，中国科学院和中国工程院院士，光学之父，制造了中国第一台激光器和第一台大型光学测量设备。20世纪70年代，他主持制定了第一个国家遥感科学计划，并领导了全面的航空遥感实验。2020/7/17，22，1961:制造了世界上第一台气体激光器He-Ne激光器1962:霍尔等人发明了砷化镓半导体激光器1963:中国第一台He-Ne激光器19973360朱，菲利普斯和坦努

7、迪用激光冷却和夹住原子2000。2.激光技术1961:第一台调Q激光器(ns) 1966:锁模激光器(ps)fs，as激光，2020/7/17，23，3。激光应用设备的发展，2020/7/17，24，2020/7/17，25，2020/7/17，28，1)工作物质：固体，气体，液体，半导体，光纤化学，离子，原子2)光谱范围：长期紫外和可见光亚毫米(100纳米)(1.222毫米)3)输出能量微焦耳(脉冲激光)4)输出功率毫瓦激光器件技术发展前景，2020年7月17日，2020年7月29日，7月17日，30，4，范围和内容，1)自然科学：一系列一方面，激光给成熟领域的各种现有应用技术带来了数量级的

8、改进，另一方面，它开辟了一些新的领域、新的应用和新的学科。，2020/7/17，32，2)，2020/7/17，33，2020/7/17，34，3)，2020/7/17，35，4)，2020/7/17，36，2020/7/17，37，2020/7/17，38，5)，2020/7/17，39，2020/7/17，40，激光基本原理概述1963:半经典理论1965:全量子理论经典理论速率方程光与物质相互作用的三个过程受激辐射光的放大自激振荡器，2020年7月17日，1)安诺亚里夫“光学电子学导论”和“现代通信中的光学电子学”，1997年版(0463 FY281) 2)约瑟夫t维黛恩，“激光电子学”

9、，1995年版3)邹、孙，激光物理学，北京大学出版社，吴、 王青普等，激光原理，山东大学出版社，李湘银等，激光原理、技术与应用，哈尔滨工业大学出版社，参考书，2020年7月17日。 51，自然，科学物理评论快报6.017应用物理快报4.207应用物理杂志2.281 IEEE光子技术快报2.1 IEEE量子电子学杂志2.097光学快报3.511美国光学学会杂志，应用光学，相关重要学术期刊(SCI/EI期刊)，2020年7月17日，52，内容：1。光的相干性与光波模式2的关系。光的受激辐射。光的受激辐射放大。光5的自激振荡。激光特性，1激光的基本原理，2020/7/17，53，基本概念：光子态相位

10、晶格相干体光波模式的光子简并性，1.1光子相干性描述，2020/。2020/7/17，55，电磁波解决方案，2020/7/17，56，1。光子的基本性质、波粒二象性、能量运动质量动量光子有两种可能的独立偏振态，对应于两个独立的偏振方向。光子的自旋(自旋量子数是整数)不同于电子、质子、中子和其他粒子。(处于同一状态的光子数是无限的)，2020/7/17，57，3)具有基本能量和基本动量的物质单位的第l本征状态的光子。1)任何电磁场都可以看作是一系列单色平面波(用波矢量k标记)的线性叠加或电磁波的一系列本征模(本征态)的叠加。2)每个本征模可以被量化。基本能量和基本动量的整数倍。2020/7/17

11、，58，4)具有相同能量和动量的光子彼此无法区分，并且处于相同的模式(状态)。5)每种模式中的光子数量是无限的。2020/7/17，59，1)波形模式。在经典电磁学理论中，电磁波的运动规律是由麦克斯韦方程决定的。一般解可以表示为一系列单色平面波的线性叠加。单色平面波，2。光波模式和光子态相格，2020/7/17/60，任意波矢的单色平面波可以存在于自由空间。在有边界条件的空间中，只能有一系列具有特定波矢的独立平面单色驻波。电磁波模式或光波模式，(1)模式是电磁波运动的一种类型；(2)以波矢量为符号，不同的模式区别不同；(3)同一个波矢量对应两个偏振方向不同的模式。特性，2020/7/17/61

12、，腔v中的模式数？假设空腔为V=的立方体沿坐标轴传播驻波，波矢量的三个分量满足以下条件：那么，在波矢量空间中，每个模式占据体积元素：2020/7/17，63，在波矢量空间中，每个模式占据一个体积元素，在间隔模式数：在频率V附近的频带dv中：2020/7/17/65，在经典力学中，粒子的运动状态完全由其坐标(x，y，z)和动量(Px，Py，Pz)决定，这个六维空间称为相空间。(1)光子态占据的相空间体积元素：相格，(2)相格占据的坐标空间体积：在相空间中，光子态占据相空间体积元素h3，它来自微观粒子的位置和动量，满足不确定关系。2020/7/17，66，3)光波模式等同于光子状态？(1)在矢量空

13、间中，光波模式所占据的体积元素为：考虑到光波模式是两个方向相反的行波的叠加，所以它在相空间中动量轴方向上的线性度为：(2)相空间中相格所占据的坐标空间的体积。光波模式相当于光子状态。2020/7/17/67，相干体中各点的光波场具有明显的相干性。相干面积Ac垂直于光传输方向的截面积，相干长度Lc波列长度，相干时间：3。光子的相干性光波场在不同空间点和不同时间的一些特性的相关，2020/7/17/68，以杨氏双缝干涉为例，相干区远离光源R:S1和S2的光波场具有空间相干性条件：，2020/7/17，69，光源相干体：光子分析，相格空间体：2020/7/17，70，摘要：1)相格空间体2)属于相同光子状态的光子或相同模式的光波是相干的。2020/7/17，71，相干光强度：描述光学相干性的参数之一取决于相干光子或同态光子的数量。光子简并度：处于相同光子状态的光子数；相同模式下的光子数；相干体积中的光子数；同相晶格中的光子数。4.光子简并，2020/7/17，72。对于普通光源，增加相干面积和相干时间将导致相干光强度降低。激光是一种强度和相干性统一的强相干光源。2020/7/17/73，家庭作业，如何从波粒二象