激光（2000）2.ppt

1、1,第七章 激 光（2）,（编者：华基美）,2,7.5光学谐振腔 纵膜与横模,(optical harmonic oscillator),(longitudinal mode and transverse mode),激光器有两个反射镜， 它们构成一个光学谐振腔。,7.6激光器的纵膜与横模,3,光学谐振腔的作用：,1.使激光具有极好的方向性（沿轴线）；,2.增强光放大作用（延长了工作物质）；,3.使激光具有极好的单色性（选频）。,阈值条件为,对于可能有多种跃迁的情况， 可以利用阈值条件来选出一种跃迁。,选频之一：,4,我们可以控制 1、2的大小：,对 0.6328 m 1、R2大 Gm 小(易

2、满足阈值条件，使形成激光) ；,对 1.15 m 、3.39 m 1、2小 Gm大（不满足阈值条件，形不成激光）。,例如，氦氖激光器 Ne 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。,5,设氦氖激光器Ne原子的 06328 m受激辐射光 的谱线宽度为, 如图所示。, 1.3109 Hz,对于单一的跃迁，还可以利用 选择纵模间隔的方法，进一步 在谱线宽度内再选频。,选频之二：,6,由于,为什么激光的谱线宽度会 小到 10-8？,取绝对值,7,由于光学谐振腔两端反射镜处必是波节，,所以有光程,( k=1、2、3、),k真空中的波长

3、,n 谐振腔内媒质的折射率,8,可以存在的纵模频率为,相邻两个纵模频率的间隔为,数量级估计：,1； n1.0； c108 ms,9,而氦氖激光器 0.6328 m 谱线的宽度为, =13109 HZ,因此，在 区间中，可以存在的纵模个数为,10,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/10,11,于是就获得了谱线宽度非常窄的激光输出， 极大地提高了0.6328 m 谱线的单色性。,激光除了有纵向驻波模式外， 还有横向驻波模式。,12,小结：产生激光的必要条件,1. 激励能源（使原子激发）,2. 粒子数反转（有合适的亚稳态能级）,3.

4、 光学谐振腔（方向性，光放大，单色性）,基横模在激光光束的横截面上各点的 位相相同，空间相干性最好。,13,说明1 . 激光符合形成一个耗散结构 必须具有的五个条件:,1.开放系统 2.远离平衡态 3.涨落突变 4.正反馈 5.非线性抑制因素,14,说明2.,布鲁斯特窗起什么作用？,在光垂直入射时， 约有4%能量反射， 只有96%透射，,假如不是斜的布鲁 斯特窗，而是垂直 的窗，在反射镜之 间多次来回反射， 损失太大，（0.96）10=0.665，（0.96）50=0.130， （0.96）100= 0.019 , 根本形不成激光。,用布鲁斯特窗可以把接近50%的光（道）保留下来。 而且出来的

5、激光是偏振的（道） 。,15,7.7 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,由于光波的频率比电波的频率高好几个数量级。,一根极细的激光光纤能 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。,通讯,16,粘视网膜,皮肤处理,例2 . 激光手术,17,诊断,观察,（普通光纤）,18,19,照明束(普通光纤) 照亮视场, 纤维镜（普通光纤） 成象, 有源纤维（强激光） 使堵塞物熔化, 附属通道 （可注入气或液） 排除残物以明视线, 套环 （可充、放气） 阻止血流或使血流流通,心脏手术（不需开胸，

6、不住院）,20,例3激光 原子力显微镜(AFM),用一根钨探针或硅 探针在距试样表面 几毫微米的高度上 扫描,来探测固体 表面的情况。,试样通常是 微电子器件。,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。,21,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 幅情况，将一束激光 分成两束。,这两束光重新会合 后发生干涉。,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。,22,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。,根据干涉的情况 可知 探针振幅的变化情况, 它反映了范得瓦尔斯 吸引力的情况。据此 可探知试样表面的原 子起伏情况。,23,用原子力显微镜看到的形成PbTeO表面层的原子， 从层底（黑）到层顶（白