激光器組成和模式選擇

激光的基本原理、特性

——激光器的基本結(jié)構(gòu)激勵(lì)能源激活介質(zhì)光學(xué)諧振腔使入射光得到放大，是核心供給工作物質(zhì)能量只讓與反射鏡軸向平行的光束能在激活介質(zhì)中來(lái)回地反射，連鎖式地放大。最后形成穩(wěn)定的激光輸出。光抽運(yùn)激光束激光的基本原理、特性

——激活介質(zhì)的粒子數(shù)反轉(zhuǎn)亞穩(wěn)態(tài)基態(tài)激發(fā)態(tài)三能級(jí)系統(tǒng)原理

E1為基態(tài)，E2、E3為激發(fā)態(tài)，中間能級(jí)E2為亞穩(wěn)態(tài)。在泵浦作用下，基態(tài)E1的粒子被抽運(yùn)到激發(fā)態(tài)E3上，E1上的粒子數(shù)N1隨之減少。但由于E3能級(jí)的壽命很短，粒子通過(guò)碰撞很快地以無(wú)輻射躍遷的方式轉(zhuǎn)移到亞穩(wěn)態(tài)E2上。由于E2態(tài)壽命長(zhǎng)，其上就累積了大量的粒子，即N2大于N1，于是實(shí)現(xiàn)了亞穩(wěn)態(tài)E2與基態(tài)E1間的粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布。四能級(jí)系統(tǒng)原理

三能級(jí)激光器的效率不高，原因是抽運(yùn)前幾乎全部粒子都處于基態(tài)，只有激勵(lì)源很強(qiáng)而且抽運(yùn)很快，才可使N2

>N1

，實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)。

四能級(jí)系統(tǒng)是使系統(tǒng)在兩個(gè)激發(fā)態(tài)E2、E1之間實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)。因?yàn)檫@時(shí)低能級(jí)E1不是基態(tài)而是激發(fā)態(tài)，其上的粒子數(shù)本來(lái)就極少，所以只要亞穩(wěn)態(tài)E2上的粒子數(shù)稍有積累，就容易達(dá)到N2大于N1，實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布，在能級(jí)E2、E1之間產(chǎn)生激光。于是，E3上的粒子數(shù)向E2躍遷，E1上的粒子數(shù)向E0過(guò)渡，整個(gè)過(guò)程容易形成連續(xù)反轉(zhuǎn)，因而四能級(jí)系統(tǒng)比三能級(jí)系統(tǒng)的效率高。

激光的基本原理、特性

—激光器的組成激光的基本原理、特性

—激光器的組成泵浦源從直接實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)的方式分類，主要有以下泵浦方式：

光激勵(lì)方式

氣體輝光放電或高頻放電方式

直接電子注入式

化學(xué)反應(yīng)方式

除了上述四種泵浦方式外，熱激勵(lì)，沖擊波，電子束，核能等都可能用來(lái)實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)。究竟采用哪種泵浦方式，因工作物質(zhì)的能級(jí)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)而定。激光的基本原理、特性

—激光器的組成光學(xué)諧振腔作用：

提供軸向光波模的正反饋

通過(guò)諧振腔鏡面的反射，軸向光波?？稍谇粌?nèi)往返傳播，多次通過(guò)激活介質(zhì)而得到受激輻射放大，從而在腔內(nèi)建立和維持穩(wěn)定的自激振蕩。

激光的基本原理、特性

—激光器的組成腔模：在激光技術(shù)的術(shù)語(yǔ)中，通常將激光諧振腔內(nèi)可能存在的電磁場(chǎng)本征態(tài)稱為腔的模式。

電磁場(chǎng)的每一個(gè)本征態(tài)都具有一定的頻率得和分布空間。

從光子的角度看，激光模式，就是腔內(nèi)可區(qū)分的光子的狀態(tài)，同一模式的內(nèi)的光子具有相同的狀態(tài)，且具有相同的基本特征，主要包括：

電磁場(chǎng)分布

諧振頻率在腔內(nèi)往返一次所經(jīng)受的功率損耗

相對(duì)應(yīng)的激光束的發(fā)散角

控制振蕩模式的特性（選擇光波的頻率和方向）

由于光束在腔內(nèi)多次的來(lái)回反射，只有極少頻率的光滿足干涉相長(zhǎng)的條件，光強(qiáng)得到加強(qiáng)，頻率得到篩選，特別在諧振腔軸線方向，可以形成光強(qiáng)最強(qiáng)，模數(shù)最少的激光振蕩，而和軸向有較大夾角的光束，則由側(cè)面逸出，不能形成激光振蕩。激光的基本原理、特性

—激光器的組成激光的基本原理、特性

—激光器的組成11

光在諧振腔內(nèi)來(lái)回反射，相干疊加，只有形成駐波的光才能振蕩激光的縱模和橫模一、縱模（振蕩頻率）全反射鏡部分反射鏡

12N個(gè)縱模振蕩縱?？v模間隔輻射線寬內(nèi)的縱模個(gè)數(shù)

13討論

（1）使激光按單模輸出，