激光復(fù)習(xí)教學(xué)提綱

1、1 .激光器的基本結(jié)構(gòu)包括三部分，即工作物質(zhì)、激勵(lì)能源、光學(xué)諧振腔2 .任何一個(gè)共焦腔與無窮多個(gè)穩(wěn)定球面腔等價(jià)，而任何一個(gè)滿足穩(wěn)定條件的球面腔唯一地等價(jià)于一個(gè)共焦腔。3 .影響腔內(nèi)電磁場(chǎng)能量分布的因素有激活介質(zhì)的光放大作用、腔鏡反射不完全介質(zhì)吸收、衍射損耗4目前世界上激光器有數(shù)百種之多，如果按其工作物質(zhì)的不同來劃分，則可分為四大類，它們分別是固體激光器、氣體激光器、液體激光器、半導(dǎo)體激光器5He-Ne激光器是典型的四能級(jí)系統(tǒng)，有三條主要激光譜線，其激光譜線及波長(zhǎng)分別為3s2P0.63282s2P1.153s3P3.391連續(xù)激光器穩(wěn)定工作時(shí)的增益系數(shù)是否會(huì)隨泵浦功率的提高而增加？為什么？不會(huì)因

2、為連續(xù)激光器穩(wěn)定時(shí)增益系數(shù)為GG0.G閾，G0為小信號(hào)增益系數(shù)，I為腔內(nèi)光強(qiáng)，Is為飽和光強(qiáng)。12I/'Is因此，當(dāng)滿足閾值條件以后，當(dāng)外界的泵浦功率增加時(shí)，腔內(nèi)光強(qiáng)增加，引起增益飽和作用，則增益下降。在穩(wěn)態(tài)工作時(shí)，激光器的增益系數(shù)保持與閾值相等，不會(huì)隨泵浦功率的提高而增加。2簡(jiǎn)要敘述激光器穩(wěn)定出光的過程。答：激光增益介質(zhì)在激勵(lì)源的激勵(lì)下造成一定數(shù)目的粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布，高能級(jí)上的粒子不穩(wěn)定會(huì)產(chǎn)生自發(fā)輻射光，增益介質(zhì)對(duì)這些最初始的自發(fā)輻射光有一定的增益系數(shù)，此時(shí)的增益要大于諧振腔的總損耗，光在諧振腔中往返傳播一周增加的量大于損耗的量，因此光在諧振腔中逐步得到放大；當(dāng)光被繼續(xù)放大到一定強(qiáng)度可

3、與激光器的飽和光強(qiáng)可比擬時(shí)，光強(qiáng)使介質(zhì)的增益系數(shù)產(chǎn)生飽和效應(yīng)，當(dāng)增益系數(shù)逐步下降到等于諧振腔的總損耗系數(shù)時(shí)，光在腔中往返一次被增加的量等于損耗的量，此時(shí)激光器即發(fā)出穩(wěn)定的光強(qiáng)。3為什么一般來說均勻增寬的穩(wěn)定態(tài)激光器的輸出通常是單縱模的，而非均勻增寬的穩(wěn)定態(tài)激光器輸出通常是多個(gè)縱模？答：（1）對(duì)于均勻增寬型介質(zhì)激光器來說，每個(gè)發(fā)光粒子對(duì)形成整個(gè)譜線都有貢獻(xiàn)。當(dāng)強(qiáng)度很大的光通過時(shí)，它會(huì)造成整個(gè)增益曲線按同一比例下降，通過增益的飽和效應(yīng)模式之間會(huì)造成譜線競(jìng)爭(zhēng)，最終只剩下與中心頻率靠得最近的那個(gè)模式，所以是單縱模的；（2）對(duì)于非均勻增寬型介質(zhì)激光器來說，某一種縱模的光強(qiáng)增強(qiáng)時(shí)，增益的飽和效應(yīng)并不引起整

4、個(gè)增益曲線下降，而是在該縱模對(duì)應(yīng)的頻率處燒一個(gè)孔，所以如果有多個(gè)縱模的小信號(hào)增益都大于閾值的話，這些縱模都可以建立起自己的振蕩，所以非均勻增寬的穩(wěn)定態(tài)激光器輸出通常是多個(gè)縱模。4¥Ei+Sr-如圖所示，E#DE0（基態(tài)）分別為激光上下能級(jí)，n。和ni分別為上下能級(jí)的粒子數(shù)密度，諧振腔中傳播的單色光能密度為（假設(shè)其線寬畢介質(zhì)的線型函數(shù)的線寬窄得多）。圖中過程為泵浦速率為R。的抽運(yùn)過程，為自發(fā)輻射過程，和分別為受激輻射和受激吸收過程，自發(fā)輻射系數(shù)、受激輻射系數(shù)、和受激吸收系數(shù)分別為Aio、Bi。、B01.試寫出Ei能級(jí)在單位時(shí)間內(nèi)粒子數(shù)密度的增加量，并說明表達(dá)式中每一項(xiàng)的物理意義。答：,

5、1R0niAIDniBi0n0B0lfdt其中：niA。為單位時(shí)間通過自發(fā)輻射從Ei能級(jí)躍遷到E。能級(jí)的粒子數(shù)密度，即Ei能級(jí)上的粒子數(shù)密度由于自發(fā)輻射減少的量。niBi0f為單位時(shí)間通過受激輻射從Ei能級(jí)躍遷到E0能級(jí)的粒子數(shù)密度，即Ei能級(jí)上的粒子數(shù)密度由于受激輻射減少的量；n°B0if為單位時(shí)間通過受激吸收從E0能級(jí)躍遷到Ei能級(jí)的粒子數(shù)密度，即Ei能級(jí)上的粒子數(shù)密度由于受激吸收增加的量。5什么是黑體輻射？寫出Planck公式,并說明它的物理意義答：黑體輻射：當(dāng)黑體處于某一溫度T的熱平衡情況下，它所吸收的輻射能量應(yīng)等于發(fā)出的輻射能量，即黑體與輻射場(chǎng)之間應(yīng)處于能量（熱）平衡狀態(tài)，

6、這種平衡必然導(dǎo)致空腔內(nèi)存在完全確定的輻射場(chǎng)，這種輻射場(chǎng)稱為黑體輻射或平衡輻射。Planck 公式:38 h 13 hcekT1物理意義：在單位體積內(nèi)，頻率處于附近的單位頻率間隔中黑體的電磁輻射能量。6.如何定義激光增益？什么是小信號(hào)增益？大信號(hào)增益？增益飽和？答：激光增益定義：設(shè)在光傳播方向上z處的光強(qiáng)為Iz,則增益系數(shù)定義為g生工，表示光通過單位長(zhǎng)度激活物質(zhì)后光強(qiáng)增dzIz長(zhǎng)的百分?jǐn)?shù)。小信號(hào)增益：當(dāng)光強(qiáng)很弱時(shí)，粒子數(shù)差值n2ni不隨z變化，增益系數(shù)為一常數(shù)，稱為線性增益或小信號(hào)增益。大信號(hào)增益：在放大器中入射光強(qiáng)I與Is（Is為飽和光強(qiáng)）相比擬時(shí),0gI-g,為大信號(hào)增益。1-Is增益飽和：當(dāng)光強(qiáng)足夠強(qiáng)時(shí)，增益系數(shù)g也隨著光強(qiáng)的增加而減小，這一現(xiàn)象稱為增益飽和效應(yīng)。7.求解菲涅爾-基爾霍夫衍射積分方程得到的本征函數(shù)和本征值各代表什么？答：本征函數(shù)：描述腔的一個(gè)自再現(xiàn)模式或橫模。其模描述鏡面上場(chǎng)的振幅分布，幅角描述鏡面上場(chǎng)的相位分