激光器及其原理簡(jiǎn)介講解

1、激光原理與技術(shù)第一臺(tái)（紅寶石）激光器第一臺(tái)激光器MAIMEN紅寶石晶體激光器結(jié)構(gòu)普通光源-自發(fā)輻射激光光源-受激輻射激光又名鐳射（Laser，它的全名是輻射的受激發(fā)射光放大（L ight A mplificati on by S timulated E missi on of R adiati on 3.1激光原理.特點(diǎn): 方向性極好（發(fā)散角10 -4弧度）脈沖瞬時(shí)功率大（可達(dá)10 14瓦）?空間相干性好，有的激光波面上各個(gè)點(diǎn)都是相干光源。?時(shí)間相干性好（10-8埃），相干長(zhǎng)度可達(dá)幾十公里。相干性極好亮度極高按工作方式分連續(xù)式（功率可達(dá)104W ）脈沖式（瞬時(shí)功率可達(dá)1014 W ）三.波長(zhǎng)：

2、極紫外一見光一毫米（100 n m ）（ 1.222 m m ）二.種類：固體（如紅寶石Al2O 3）液體（如某些染料）氣體（如 He-Ne , CO2）半導(dǎo)體（如砷化傢 GaAs ）按工作物質(zhì)分但要產(chǎn)生激光必須使原子激發(fā)；且N 2 N 1,稱粒子數(shù)反轉(zhuǎn)（population in versio n。原子激發(fā)的幾種基本方式：1 氣體放電激發(fā)2.原子間碰撞激發(fā)3 .光激發(fā)（光泵/ww-A/VW- :AAAA-粒子數(shù)反轉(zhuǎn)舉例例.He 一 Ne氣體激光器的粒子數(shù)反轉(zhuǎn)He -Ne激光器中He是輔助物質(zhì)，Ne是激活物質(zhì),He與Ne之比為5 : 110 ： 1。2lS里3. 39（要產(chǎn)生激光，除了增加上能

3、級(jí)的粒子數(shù)外,還要設(shè)法減少下能級(jí)的粒子數(shù)）?正好Ne的5S , 4S是亞穩(wěn)態(tài)，下能級(jí)4P ,3P的壽命比上能級(jí)5S，4S要短得多，這樣就可以形成粒子數(shù)的反轉(zhuǎn)。?在碰撞中He把能量傳遞給Ne而回到基態(tài)，而Ne則被激發(fā)到5S或4S ；?放電管做得比較細(xì)（毛細(xì)管），可使原子與管壁碰撞頻繁。借助這種碰撞,3S態(tài)的Ne原子可以將能量交給管壁發(fā)生 無輻射躍遷”而回到基態(tài)，以及時(shí)減少3S態(tài)的Ne原子數(shù)，有利于激光下能級(jí)4P與3P態(tài)的抽空。?Ne原子可以產(chǎn)生多條激光譜線，圖中標(biāo)明了最強(qiáng)的三條：0. 6328 （jm1. 15 jm3. 39 m它們都是從亞穩(wěn)態(tài)到非亞穩(wěn)態(tài)、非基態(tài)之間發(fā)生的，因此較易實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反

4、 轉(zhuǎn)。4增益系數(shù)激光器內(nèi)受激輻射光來回傳播時(shí)，并存著增益一一光的放大；（包括一端的部分反射鏡處必要的激光輸出）等。激光形成階段：增益損耗激光穩(wěn)定階段：增益二損耗增益損耗一.激光在工作物質(zhì)內(nèi)傳播時(shí)的凈增益設(shè)乂 = 0處，光強(qiáng)為I Ox Ix +dx I + d I有 d I*Idx寫成等式d I= G I dx定義：增益系數(shù) G （gain coefficient在激光的形成階段GG m ,光放大，怎麼光強(qiáng)不會(huì)無限放大下去?在激光的穩(wěn)定階段怎么又會(huì)G = G m ?原因是實(shí)際的增益系數(shù)G不是常量,當(dāng)I時(shí)，會(huì)G心 這是由于光強(qiáng)增大伴隨著 粒子數(shù)反轉(zhuǎn)程度的減弱。（負(fù)反饋）不會(huì)。我們可以控制R 1、R

5、 2的大?。簩?duì)0.6328卩m 垠 1、R 2 大Gm?。ㄒ诐M足閾值條件，使形成激光；對(duì)1.15 ymN e原子、3.39 卩 mR 1、R 2 小G m大（不滿足閾值條件，形不成激光）。例如，若氦氖激光器0.6328卩m, 1.15 卩m, 3.3受激輻射光中,只讓波長(zhǎng)0.6328卩的光輸出,y利用加大縱模頻率間隔Av的方法,可以使區(qū)間中只存在一個(gè)縱模頻率。比如縮短管長(zhǎng)L到10 cm,即L L /10則 Av k 10 Avk在A區(qū)間中，可能存在的縱模個(gè)數(shù)為N=1 07基模|_髙階橫模：j- 010 |1蠱I小結(jié)：產(chǎn)生激光的必要條件1 .激勵(lì)能源（使原子激發(fā)）2.粒子數(shù)反轉(zhuǎn)（有合適的亞穩(wěn)態(tài)能

6、級(jí)）3.光學(xué)諧振腔（方向性，光放大，單色性）基橫模在激光光束的橫截面上各點(diǎn)的位相相同，空間相干性最好。6激光的特性及其應(yīng)用方向性極好的強(qiáng)光束準(zhǔn)直、測(cè)距、切削、武器等。相干性極好的光束精密測(cè)厚、測(cè)角，全息攝影等。例1激光光纖通訊由于光波的頻率比電波的頻率高好幾個(gè)數(shù)量級(jí)，一根極細(xì)的光纖能承載的信息 量，相當(dāng)于圖片中這麼粗的電纜所能承載的信息量。A* 力S!權(quán)績(jī)/ Af S探針尖端在工作時(shí)處于受迫振動(dòng)狀態(tài)，其頻率接近于探針的共振頻率。探針尖 端在受樣品原子的范得瓦爾斯吸引力的作用時(shí)，其共振頻率發(fā)生變化，因而振幅也 隨之改變。為了跟蹤尖端的振動(dòng)情況，將一束激光分成兩束，其中一束通過棱鏡反射，另 一束則穿過布喇格室，然后從探針背面反射回來?？蓹z測(cè)出尺度小至5毫微米的表面起伏變化。用于檢查微電路成品，檢查制作微電路用的硅表面的質(zhì)量