內(nèi)蒙古大學(xué)激光原理與技術(shù)概念

1、相格:是相空間中實(shí)驗(yàn)所能分辨的最小尺度(單元),光子的某一運(yùn)動(dòng)狀態(tài)只能定域在一個(gè)相格中,但不能確定它在相格內(nèi)部的確切位置.光波模式和光子狀態(tài)的關(guān)系一個(gè)光波模式在相空間所占的體積等于一個(gè)相格 結(jié)論光波模和光子狀態(tài)是等價(jià)的一個(gè)光波模里的光子具有相同的光子狀態(tài)光波模式代表可以區(qū)分的光子狀態(tài)關(guān)于相干性的結(jié)論：相格的空間體積以及一個(gè)光波?；蚬庾討B(tài)占有的空間體積都等于相干體積屬于同一狀態(tài)的光子或同一模式的光波是相干的，不同狀態(tài)的光子或不同模式的光波是不相干的愛因斯坦系數(shù)關(guān)系: 在 dt時(shí)間內(nèi)由于介質(zhì)吸收而減少的光子數(shù)密度為：在 dt時(shí)間內(nèi)由于介質(zhì)吸收而減少的光子數(shù)密度為：均勻加寬：若引起加寬的物理因素對(duì)每

2、個(gè)原子都是等同的 非均勻加寬：若引起加寬的物理因素不是對(duì)每個(gè)原子都等同 均勻加寬特點(diǎn)1每個(gè)發(fā)光原子都向整個(gè)線型發(fā)射，不能將線型函數(shù)上的某一特定頻率和某些特定原子聯(lián)系起來(lái)。或者說(shuō)，每一個(gè)發(fā)光原子對(duì)光譜線內(nèi)任意頻率都有貢獻(xiàn)。2所有發(fā)光原子對(duì)給定自發(fā)輻射都具有完全相同的中心頻率、線性函數(shù)和線寬，從光譜線加寬角度來(lái)看，原子間彼此是不可區(qū)分的。固體激光工作物質(zhì)的譜線加寬主要包括：晶格振動(dòng)引起的均勻加寬晶格缺陷引起的非均勻加寬2.3.1穩(wěn)定諧振腔：光線在諧振腔內(nèi)往返任意多次也不會(huì)橫向逸出腔外的諧振腔非穩(wěn)定諧振腔：光線在諧振腔內(nèi)往返有限次即橫向逸出腔外的諧振腔諧振腔穩(wěn)定性條件：引入諧振腔的g參數(shù)： G參數(shù)表

3、示的穩(wěn)定性參數(shù)為：菲涅耳基爾霍夫衍射積分公式：物理意義：如果知道了光波場(chǎng)在所達(dá)到的任意空間曲面上的振幅和相位分布函數(shù),就可以求出該光波場(chǎng)在空間其它任意位置處的振幅和相位分布函數(shù)衍射積分公式在諧振腔中的應(yīng)用：假定：(1)式中沒有計(jì)及光波場(chǎng) 的偏振特性.每一個(gè)分量寫成標(biāo)量形式. (2)雖然 鏡的線度 被積函數(shù)中的指數(shù)因子 一般不能用 代替,而只能根據(jù)不同腔面的幾何形狀取合理近似. (3)腔內(nèi)振動(dòng)衰減是緩慢的.自在現(xiàn)模物理意義：腔內(nèi)可能存在著的穩(wěn)定共振光波場(chǎng)，它們從一個(gè)腔鏡傳播到另一個(gè)腔鏡時(shí)，雖然受到了衍射效應(yīng)的作用，但其在兩個(gè)腔鏡處的相對(duì)振幅和相對(duì)相位分布保持不變。共振光波場(chǎng)在腔內(nèi)多次往返過程中始

4、終保持自再現(xiàn)的條件復(fù)常數(shù)g的物理意義：式中 為兩個(gè)與坐標(biāo)無(wú)關(guān)的實(shí)常數(shù),則:所以 表示腔內(nèi)經(jīng)單程渡越自再現(xiàn)模的振幅衰減, 時(shí)損耗為零 表示每次經(jīng)單程渡越的相位滯后, 越大則相位滯后愈多.物理意義：g的模量度自在現(xiàn)模的單程消耗g的輻角度量自在現(xiàn)模的單程相移，從而也決定模的諧振頻率 傳播因子 -kz相位彎曲因子等相位面曲率半徑 附加相移因子方形球面鏡共焦腔的行波場(chǎng)：物理意義(1)衰減因子反映場(chǎng)振幅隨行波場(chǎng)傳播而衰減的規(guī)律(2)橫向分布因子: 反映場(chǎng)振幅的橫向分布規(guī)律.(3)相位因子 反映場(chǎng)相位的分布規(guī)律.等價(jià)共焦腔:對(duì)于一個(gè)穩(wěn)定球面腔來(lái)說(shuō)，總可以找到一個(gè)且只能找到一個(gè)共焦腔，其行波場(chǎng)與穩(wěn)定球面腔的行

5、波場(chǎng)相同，此共焦腔即為穩(wěn)定球面腔的等價(jià)共焦腔。穩(wěn)定球面腔的模式特征可用等價(jià)共焦腔的模式特征來(lái)描述。高斯光束：是與傳播軸線相交于z點(diǎn)的高斯光束等相位面上的1 w光斑半徑、2 R曲率半徑3是高斯光束的瑞利長(zhǎng)度 或共焦參數(shù)f 4 是高斯光束的腰斑半徑高斯特性結(jié)論：高斯光束既不是平面波，也不是一般的球面波，在其傳輸軸線附近可以近似看作是一種非均勻高斯球面波。其振幅和強(qiáng)度在橫截面內(nèi)始終保持高斯分布特性，強(qiáng)度集中在軸線附近。 在傳播過程中等相面始終保持為球面，其曲率中心與曲率半徑不斷改變。模的競(jìng)爭(zhēng) : 通過飽和效應(yīng)，某一個(gè)模逐漸把別的模的振蕩抑制下去，最后只剩它自己的現(xiàn)象叫做模的競(jìng)爭(zhēng)。競(jìng)爭(zhēng)的結(jié)果最靠近譜線

6、中心頻率的那個(gè)?！暗脛佟?。蘭姆凹陷：弛 豫 振 蕩一般固體脈沖激光器所輸出的并不是一個(gè)平滑的光脈沖，而且一群寬度只有微秒量級(jí)的短脈沖序列，即所謂“尖峰”序列。激勵(lì)越強(qiáng)，則短脈沖之間的時(shí)間間隔越小泵浦使激光器達(dá)到閾值，產(chǎn)生激光®反轉(zhuǎn)粒子數(shù)減少至低于閾值®激光熄滅調(diào)q原理. 定義：Q值是評(píng)定激光器中光學(xué)諧振腔質(zhì)量好壞的指標(biāo)-品質(zhì)因數(shù)。Q值-定義為在激光諧振腔內(nèi)，儲(chǔ)存的總能量與腔內(nèi)單位時(shí)間損耗的能量之比。調(diào)Q技術(shù)的過程(1)能量貯存過程a.激活介質(zhì)貯能當(dāng)光泵的能量被激光介質(zhì)吸收后，使激活離子貯存在激活介質(zhì)的高能態(tài)上（該能級(jí)有一定的壽命）。不產(chǎn)生激光輻射從而使反轉(zhuǎn)粒子數(shù)達(dá)到最大值。

7、實(shí)現(xiàn)這一過程，滿足的條件： 達(dá)到最大值，增益達(dá)到最大，而 很大，使閾值高，滿足 ，激光不振蕩，Q低。b.激活介質(zhì)諧振腔組合貯能先是使反轉(zhuǎn)粒子數(shù)達(dá)到最大值 ,但滿足 然后使 產(chǎn)生激光又以光子的形式貯存在腔內(nèi)。(2)激光產(chǎn)生與輸出過程 條件：, 減小到 , Q達(dá)到最高。因?yàn)樵鲆孀畲螅孕r(shí)，激光迅速建立，在極短的時(shí)間內(nèi)，工作物質(zhì)貯能通過光子的受激輻射過程釋放出來(lái)，形成巨脈沖。調(diào)Q的過程：調(diào)節(jié)，相當(dāng)于Q是一個(gè)門，關(guān)上門，Q低貯能，打開門Q高產(chǎn)生激光。則第q個(gè)縱模的光波電場(chǎng)為：激光輸出是2N+1個(gè)縱模相干的結(jié)果，總光波電場(chǎng)為：利用三角級(jí)數(shù)求和公式，上式可寫為： 分析上述二式，我們可以得出關(guān)于鎖模的幾點(diǎn)結(jié)論： 第一，2N+1個(gè)振蕩縱模經(jīng)過鎖相后，總的光波電場(chǎng)為振幅受到調(diào)制、角頻率為0的單色余弦波。 第二，鎖模脈沖的周期、脈寬與極大值 A（t）的表達(dá)式說(shuō)明，振幅A（t）是隨時(shí)間變化的周期函數(shù)，而光強(qiáng)I(t)µA2（t）,因此光強(qiáng)也是時(shí)間的函數(shù)，同樣受到調(diào)制。A（t）表達(dá)式可簡(jiǎn)化為 （1） 周期 周期為2L/c（2） 極值點(diǎn)和零點(diǎn) 在一個(gè)周期內(nèi)有2N+1個(gè)極值點(diǎn)和2N個(gè)零點(diǎn)。當(dāng)t=0和t=2L/c時(shí)， A （t）取得極大值，其值A(chǔ)（t）max=（2N+1）