激光原理 第六版 周炳昆編著 第0-1章

1、激 光 原 理 周炳琨等編著（第六版） 講授一 些 要 求 1. 歡迎互動(dòng)； 2. 有事、病，要有輔導(dǎo)員假條。曠課兩次無成績； 3. 手機(jī)關(guān)機(jī)或打振動(dòng)； 4. 作業(yè)抄襲為零分； 5. 答疑在平常。成績評定：小論文20%，考試80%。小論文：題目(topic)，摘要(abstract)，關(guān)鍵詞(keywords) 主體(main body)，參考文獻(xiàn)(reference) 新理論、新器件(材料，工藝)、新應(yīng)用 最少五篇參考文獻(xiàn)！ 光學(xué)學(xué)報(bào)，中國激光，光子學(xué)報(bào)，發(fā)光學(xué)報(bào)，激光技術(shù)，激光雜志，光學(xué)技術(shù)，紅外與激光工程，強(qiáng)激光與粒子束， Chinese optics letters， Chinese

2、physica letters, optics and lasers in engineering, optics & laser technology0 緒 言 0 緒 言一. 激光器基本組成：光與物質(zhì)相互作用 0-1 1917年，Einstein 提出受激輻射概念。Laser: Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation(萊塞，鐳射) 1948年，Townes, Basov and Prokhorov提出用原子、分子 受激輻射放大電磁波概念。 1954年，實(shí)現(xiàn)第一臺(tái)氨分子微波量子振蕩器Maser: Microwave Am

3、plification by Stimulated Emission of Radiation 波長1.25cm。 1958年，Townes and Schawlow提出開放式諧振腔， Fabry-Perot干涉具。 0-2 1960年7月，Maiman報(bào)道第一臺(tái)紅寶石固體激光器，波長694.3nm。二. 激光器簡要發(fā)展史 0-3王之江， 1961年8月，中國激光之父， 大連理工大學(xué)畢業(yè)。周炳琨，清華大學(xué)，半導(dǎo)體激光器。高 錕：for me? oh, thats great! 0-4 0-5第一章 激光的基本原理1.1 相干性的光子描述波動(dòng)性：頻率、波矢、干涉、衍射、偏振等粒子性：質(zhì)量、能量、

4、動(dòng)量等一. 光子的基本性質(zhì)動(dòng)量：兩種可能的獨(dú)立偏振狀態(tài)，對應(yīng)于光波場的兩個(gè)獨(dú)立偏振方向。自旋(Spin)為整數(shù)，服從Bose-Einstein統(tǒng)計(jì)。簡并度，Boson/fermionCompton實(shí)驗(yàn)；量子電動(dòng)力學(xué) 1-1質(zhì)量：運(yùn)動(dòng)質(zhì)量- Einstein質(zhì)能關(guān)系 靜止質(zhì)量- 0 , 10-54Kg 能量： h: Planck常數(shù)， :光波頻率 Fig.1.1.3 原子發(fā)出的波列及其頻譜 (Fourier變換)三. 光子的相干性光的相干性：在不同的空間點(diǎn)、不同時(shí)刻的光波場某些特性的相關(guān)性相干體積： 相干面積，相干長度，相干時(shí)間激發(fā)態(tài)(平均)壽命t ， ms、s、ns、ps量級頻帶寬度 所以 1

5、-2重要結(jié)論:(1)相格空間體積以及一個(gè)光波摸或光子態(tài)占有的空間體積度等 于相干體積。 (2)屬于同一狀態(tài)的光子鈥同一模式的光波是相干的。 1-3光子觀點(diǎn)：測不準(zhǔn)關(guān)系：物理光學(xué)：光源相干體積 1-4Bohr定則： 1.2 光的受激輻射基本概念一. 黑體輻射的Planck公式 在溫度T的熱平衡下，黑體輻射分配到腔內(nèi)每個(gè)模式上的平均能量 腔內(nèi)單位體積、單位頻率間隔內(nèi)的光波摸式數(shù) Planck公式： 單色能量密度，K：Boltzmann常數(shù) 二. 受激輻射和自發(fā)輻射概念1.自發(fā)輻射自發(fā)(spontaneous)躍遷幾率(Einstein系數(shù)) 1-52. 受激(stimulated)吸收W12受激吸

6、收躍遷幾率； B12受激吸收躍遷Einstein系數(shù)3. 受激輻射W21受激輻射躍遷幾率； B21受激輻射躍遷Einstein系數(shù) 1-6三. Einstein系數(shù)A21、B12 、 B21的相互關(guān)系熱平衡狀態(tài)標(biāo)志：1. 腔內(nèi)存在由Planck公式表示的熱平衡黑體輻射2. Boltzman分布 f1、 f2 為能級E1、 E2上的統(tǒng)計(jì)權(quán)重3. 熱平衡時(shí)， n1、 n2 不變，則 即 1.3 光的受激輻射放大一. 光放大概念的產(chǎn)生(光學(xué)全息:大的相干體積/長度、強(qiáng)的光)1. 普通光源在紅外和可見光波段不是相干光源 1-72. 讓特定、少數(shù)模式震蕩，獲得高的光子簡并度 二. 實(shí)現(xiàn)光放大的條件-集居數(shù)反轉(zhuǎn)Boltzman分布 1-8增益是光波頻率的函數(shù)三. 光放大物質(zhì)的增益系數(shù)和增益曲線 小信號(hào)大信號(hào) 1.4 光的自激振蕩1.自激振蕩概念光腔作用: (1)模式選擇; (2）提供軸向光波摸的反饋； 1-92. 振蕩條件 單程小信號(hào)增益因子 2. 激光