激光技術(shù)與應(yīng)用復(fù)習(xí)知識(shí)點(diǎn)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上1、 激光的定義激光是由受激發(fā)射的光放大產(chǎn)生的輻射。2、 激光的基本特性單色性，方向性，相干性，高亮度。3、 空間相干性與時(shí)間相干性 波在空間不同區(qū)域可能具有不固定的相位差，只有在一定空間范圍內(nèi)的光波才有相對(duì)固定的位相差，使得只有一定空間內(nèi)的光波才是相干的。這種特性叫做波的空間相干性。與波傳播時(shí)間差有關(guān)的，由不確定的位相差導(dǎo)致的，只有傳播時(shí)間差在一定范圍內(nèi)的波才具有相對(duì)固定的位相差從而相干的特性叫波的時(shí)間相干性。4、 光子簡(jiǎn)并度 光子屬于波色子，大量光子集合遵從波色-愛(ài)因斯坦統(tǒng)計(jì)規(guī)律，處于同態(tài)的光子數(shù)不受限制。雖然處于同一光子態(tài)的光子數(shù)并非嚴(yán)格的不隨時(shí)間的變化，但其平

2、均光子數(shù)是可以確定的。這種處于同一光子態(tài)的平均光子數(shù)成為光子簡(jiǎn)并度。5、 激光器的基本組成及其應(yīng)用激光器一般包括三個(gè)部分。 激光器的基本結(jié)構(gòu)由工作物質(zhì)、泵浦源和光學(xué)諧振腔三部分組成。 是涉及到光、機(jī)、電、材料及檢測(cè)等多門學(xué)科的一門綜合技術(shù)，傳統(tǒng)上看，它的研究范圍一般可分為：激光焊接，激光切割，激光治療，激光打標(biāo)，激光打孔，激光熱處理，等。6、 自發(fā)輻射處于激發(fā)態(tài)的原子中，電子在激發(fā)態(tài)上只能停留一段很短的時(shí)間，就自發(fā)地躍遷到較低能級(jí)中去，同時(shí)輻射出一個(gè)光子，這種輻射叫做自發(fā)輻射。7、 受激輻射在組成物質(zhì)的中，有不同數(shù)量的（）分布在不同的能級(jí)上，在高能級(jí)上的粒子受到某種的激發(fā)，會(huì)從高能級(jí)跳到（躍遷

3、）到低能級(jí)上，這時(shí)將會(huì)輻射出與激發(fā)它的光相同性質(zhì)的光，而且在某種狀態(tài)下，能出現(xiàn)一個(gè)弱光激發(fā)出一個(gè)強(qiáng)光的現(xiàn)象。8、 受激吸收處于低能級(jí)的()，受到外來(lái)的激勵(lì)下，在滿足恰好等于低、高兩之差()時(shí)，該原子就這部分能量，到高能級(jí)()，即。受激吸收與是互逆的過(guò)程。9、 激光產(chǎn)生的必要條件受激幅射是產(chǎn)生激光的首要條件，也是必要條件。工作物質(zhì)必須具有亞穩(wěn)態(tài)能級(jí)。 工作物質(zhì)處于離子束反轉(zhuǎn)分布狀態(tài)。   激光器中開(kāi)始產(chǎn)生的光子是自發(fā)輻射產(chǎn)生的，其頻率和方向雜亂無(wú)章。要使頻率單純，方向集中，就必須有一個(gè)振蕩腔。  這些晶體和諧振腔都會(huì)使光子產(chǎn)生損耗。只有使光子在腔中振蕩一次

4、產(chǎn)生的光子數(shù)比損耗掉的光子多得多時(shí)，才能有放大作用，產(chǎn)生激光。10、均勻加寬與非均勻加寬均勻加寬分為自然加寬和碰撞加寬。由測(cè)不準(zhǔn)關(guān)系確定的譜線加寬稱為自然加寬。自然加寬的特點(diǎn)是對(duì)同類原子中的每個(gè)個(gè)體都是相同的。另一種重要的均勻加寬是碰撞加寬。當(dāng)原子密度足夠高時(shí)，原子之間的碰撞就會(huì)引起碰撞加寬。原子系統(tǒng)中不同原子或原子群對(duì)譜線不同部分有貢獻(xiàn)，這就是非均勻加寬。屬于此類加寬的，在氣體器件中主要是Doppler加寬，而在固體工作物質(zhì)中則由非晶態(tài)或晶格缺陷引起。11、增益飽和飽和條件下的增益系數(shù)。此時(shí)的增益系數(shù)為小信號(hào)是的一半。12、激光速率方程描述有關(guān)能級(jí)粒子數(shù)密度隨時(shí)間變化的微分方程稱為速率方程。

5、13、激光的橫模與縱模激光的橫模就是諧振腔所允許的（也就是在腔內(nèi)往返傳播，能保持相對(duì)穩(wěn)定不變的）光場(chǎng)的各種橫向穩(wěn)定分布。通常將由整數(shù)q（駐波的波節(jié)數(shù)）所表征的平行平面腔內(nèi)縱向穩(wěn)定場(chǎng)分布稱為腔的縱模。14、激光產(chǎn)生的閾值條件： A、必要條件：工作物質(zhì)處于粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布狀態(tài)；滿足此條件的介質(zhì)對(duì)光具有增益，故稱為增益介質(zhì)。（粒子數(shù)反轉(zhuǎn)） B、充分條件：在增益介質(zhì)的有效長(zhǎng)度內(nèi)光強(qiáng)可以從微小信號(hào)增長(zhǎng)到飽和光強(qiáng)。（能達(dá)到飽和光強(qiáng)）當(dāng)諧振腔的增益大于損耗時(shí)，可形成激光。15、四能級(jí)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和躍遷過(guò)程： 16、共軸球面腔的穩(wěn)定條件： 共軸球面腔的穩(wěn)定，即是要求激光束在腔內(nèi)經(jīng)過(guò)多次往返后仍不會(huì)橫向溢出腔外。其

6、穩(wěn)定條件表達(dá)式為：其中L為腔長(zhǎng)，分別為諧振腔兩個(gè)諧振面的曲率半徑。17、高斯光束的基本性質(zhì)： （1）在瑞利長(zhǎng)度范圍內(nèi)，高斯光束可近似認(rèn)為是平行的； （2）光斑半徑隨z按雙曲線規(guī)律擴(kuò)展 （3）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。（4）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。（5）在傳播過(guò)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。18、DPSL及其特點(diǎn)(1) DPSL：LD泵浦全固態(tài)激光器（2）特點(diǎn)：體積小而堅(jiān)固，功率大，輸出功率可達(dá)幾十兆瓦A、可作為大能量和高功率的相干光源；B、運(yùn)行方式的多樣性C、譜

7、線多，達(dá)數(shù)千條，分布于可見(jiàn)到近紅外區(qū)，可以通過(guò)頻率變換技術(shù)可到紫外區(qū)。D、結(jié)構(gòu)緊湊，牢固耐用，價(jià)格便宜19、調(diào)制的基本概念：（1）調(diào)制：將信息加載到激光的過(guò)程；（2）激光為載波，所要傳遞的信息稱為調(diào)制信號(hào)。（3）調(diào)制器：完成這一過(guò)程的裝置（4）分類： A、調(diào)制器與激光器的相對(duì)關(guān)系：內(nèi)調(diào)制指在激光振蕩過(guò)程中加載調(diào)制信號(hào)，即以調(diào)制信號(hào)區(qū)改變激光器的振蕩參數(shù)，從而使輸出的激光帶有要傳遞的信息；外調(diào)制激光形成后，在激光器外的光路上放置調(diào)制器，用調(diào)制信號(hào)改變調(diào)制器的物理特性，激光通過(guò)調(diào)制器后，光波的某參量受到調(diào)制，從而帶有要傳遞的信息；速率高，調(diào)制帶寬寬。 B、調(diào)制器的工作機(jī)理：電光、聲光、磁光和直接調(diào)

8、制 C、按其調(diào)制的對(duì)象：調(diào)幅、調(diào)相（或調(diào)頻）和強(qiáng)度調(diào)制20、振幅調(diào)制 使載波的振幅隨著信號(hào)的變化規(guī)律而變化21、頻率調(diào)制和相位調(diào)制 使光載波的頻率或相位隨著調(diào)制信號(hào)的變化規(guī)律而改變。因?yàn)檫@兩種調(diào)制波都表現(xiàn)為總相角的變化，因此統(tǒng)稱為角度調(diào)制22、強(qiáng)度調(diào)制 光載波的強(qiáng)度（光強(qiáng)）隨調(diào)制信號(hào)變化的調(diào)制23、諧振腔Q值的定義及意義 （1）定義：在激光技術(shù)中，用Q值來(lái)描述一個(gè)諧振腔的質(zhì)量，稱其為諧振腔的品質(zhì)因數(shù)。 （2）意義：用來(lái)描述一個(gè)諧振腔的質(zhì)量，用Q值可以表征諧振腔損耗的大小。Q值低，則腔損耗大，器件閾值高，不容易形成激光震蕩；Q值高，則腔損耗小，器件閾值低，容易形成激光振蕩。24、調(diào)Q的基本概念

9、（1）調(diào)Q技術(shù)：通過(guò)某種方法控制諧振腔的Q值（也就是控制諧振腔的損耗），使其隨時(shí)間按照一定程序變化的技術(shù)。 （2）工作原理：可以通過(guò)改變器件的閾值來(lái)提高工作物質(zhì)上能級(jí)粒子數(shù)的積累水平，即設(shè)法在光泵浦初期將器件的振蕩閾值調(diào)高，從而抑制激光振蕩的產(chǎn)生，使工作物質(zhì)上能級(jí)粒子數(shù)得到積累。隨著光泵的繼續(xù)激勵(lì)，上能級(jí)粒子數(shù)逐漸積累到最大值。此時(shí)，突然將器件的閾值調(diào)低，那么，積累在上能級(jí)的大量粒子便雪崩式地躍遷到下能級(jí)，在極短的時(shí)間內(nèi)將儲(chǔ)存的能量釋放出來(lái)，從而獲得峰值功率極高的激光脈沖輸出。 （3）種類：A、控制反射損耗：電光調(diào)Q、機(jī)械轉(zhuǎn)鏡調(diào)QB、控制吸收損耗：可飽和吸收燃料調(diào)QC、控制衍射損耗：聲光調(diào)QD

10、、控制輸出損耗：透射式調(diào)Q（還有一個(gè)散射損耗）25、工作物質(zhì)儲(chǔ)能調(diào)Q與諧振腔儲(chǔ)能調(diào)Q 按照能量?jī)?chǔ)存方式，調(diào)Q激光器可以分為工作物質(zhì)調(diào)Q和諧振腔儲(chǔ)能調(diào)Q。 （1）工作物質(zhì)儲(chǔ)能調(diào)Q A、工作原理：也叫脈沖反射式調(diào)Q，簡(jiǎn)稱PRM法。是將能量以激活離子的形式儲(chǔ)存在工作物質(zhì)中。能量?jī)?chǔ)存的時(shí)間，取決于激光上能級(jí)的壽命。 B、工作過(guò)程：在泵浦過(guò)程的大部分時(shí)間里，諧振腔處于高損耗低Q值狀態(tài)，器件因閾值高而不能起振，激光上能級(jí)粒子數(shù)積累，n(t) 增大，至to時(shí)刻，n(t) 達(dá)到其最大值ni。在這一時(shí)刻，腔損耗(t) 階躍下降，Q值猛增，器件閾值下降，激光振蕩開(kāi)始建立。因腔內(nèi)受激輻射的增強(qiáng)極為迅速，光子數(shù)密度迅速增大，工作物質(zhì)中的儲(chǔ)能在極短的時(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)變?yōu)槭芗ぽ椛鋱?chǎng)的能量，輸出一個(gè)峰值功率很高的巨脈沖。從激光振蕩開(kāi)始建立到形成巨脈沖輸出，二者之間有一定的延遲時(shí)間t，該時(shí)間就是Q開(kāi)關(guān)開(kāi)啟的持續(xù)時(shí)間。巨脈沖峰值產(chǎn)生于n=nt的那一時(shí)刻。 C、特點(diǎn)：輸出方式為腔內(nèi)邊形成激光振蕩邊輸出，因此輸出光脈沖的形狀與腔內(nèi)光強(qiáng)的變化狀態(tài)一致；在激光振蕩終止時(shí)，工作物質(zhì)中殘留了一部分反轉(zhuǎn)粒子數(shù)nf，即工作物質(zhì)中的儲(chǔ)能沒(méi)有被全部取出。 （2）諧振腔