激光復(fù)習(xí)重點(diǎn)

-.z.1、LASER英文名稱的含義是什么？激光是何時(shí)創(chuàng)造的？LightAmplificationbyStimulatedEmissionofRadiation。1960年紅寶石激光器。雷曼。2、激光的根本特性有哪些？各有何應(yīng)用單色性、相干性、方向性、高亮度。應(yīng)用：?jiǎn)紊裕?。。。相干性：。。。方向性：。。。高亮度：。?！?、激光器主要由哪些局部組成？各局部的作用是什么？工作物質(zhì)：具有適當(dāng)?shù)哪芗?jí)構(gòu)造，可產(chǎn)生受激輻射光放大。鼓勵(lì)能源：供應(yīng)能量，使粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，到達(dá)產(chǎn)生激光所需的閾值條件。諧振腔：產(chǎn)生與維持光振蕩，選方向，選頻率。4、描述能級(jí)的光學(xué)躍遷的三大過程，并寫出它們的特征和躍遷幾率。〔1〕自發(fā)躍遷〔輻射〕：處于高能級(jí)的原子在沒有任何外界作用的情況下，自發(fā)地向低能級(jí)躍遷，并發(fā)射光子的過程稱為自發(fā)輻射躍遷，發(fā)出的光輻射稱為自發(fā)輻射。特征：A21只與原子本身性質(zhì)有關(guān)；自發(fā)輻射光不相干躍遷幾率：〔2〕受激吸收：處于低能級(jí)E1的原子在頻率為的輻射場(chǎng)作用下，吸收一個(gè)能量為h的光子并向E2能級(jí)躍遷的過程稱為受激吸收躍遷。特征：W12與輻射場(chǎng)頻率有關(guān)；W12與B12有關(guān)；W12與有關(guān)躍遷幾率：〔3〕受激輻射：處于能級(jí)E2的原子在頻率為的輻射場(chǎng)作用下，向E1能級(jí)躍遷并發(fā)射與外來光子能量一樣的光子的過程稱為受激輻射躍遷。特征：是在外界輻射場(chǎng)控制下的發(fā)光過程，受激輻射光子與入射光子屬于同一光子態(tài)；受激輻射場(chǎng)與入射輻射場(chǎng)屬于同一模式。在同一入射場(chǎng)的作用下，大量原子產(chǎn)生的受激輻射光屬于同一光波模，是相干光。躍遷幾率：5、Einstein系數(shù)有哪些？他們之間的關(guān)系是什么？A21、B12、B21f1=f26、什么是熱平衡時(shí)能級(jí)粒子數(shù)的分布？7、產(chǎn)生激光的必要條件是什么？實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)的反轉(zhuǎn)。8、什么是粒子數(shù)反轉(zhuǎn)？如何實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)？要產(chǎn)生受激輻射的光放大，必須使一樣時(shí)間內(nèi)的受激輻射光子數(shù)大于受激吸收的光子數(shù)。實(shí)現(xiàn)：向物質(zhì)提供能量，即進(jìn)展泵浦(或鼓勵(lì))，打破熱平衡、9、如何定義激光增益？什么是小信號(hào)增益？什么是增益飽和？激光增益：光通過單位長度的激活物質(zhì)后增加的光強(qiáng)與原光強(qiáng)的比值(或光強(qiáng)增長的百分比)。小信號(hào)增益：假設(shè)n2-n1不隨z變化，則增益常數(shù)g為常數(shù)g0公式上方增益飽和：集居數(shù)反轉(zhuǎn)n2(z)-n1(z)隨z的增加而減小從而導(dǎo)致增益系數(shù)g也隨z而減小的現(xiàn)象。集居數(shù)反轉(zhuǎn)飽和增益系數(shù)的飽和10、如何計(jì)算縱模的頻率、縱模間隔和縱模的數(shù)目"q階縱模頻率間隔縱模數(shù)ΔVf/ΔVq+111、在激光諧振腔中有哪些損耗因素？〔1〕選擇損耗〔有選模作用〕：幾何偏折損耗；衍射損耗；〔2〕非選擇損耗〔無選模作用〕：〕腔鏡反射不完全引入損耗；材料吸收、散射，腔內(nèi)插入物所引起的損耗等。12、矩陣光學(xué)〔1〕自由空間區(qū)的光線矩陣〔2〕空氣與介質(zhì)(折射率為n2)的界面〔3〕薄透鏡傳輸矩陣〔4〕球面鏡反射矩陣〔5〕ABCD矩陣的應(yīng)用－球面鏡腔光線經(jīng)n次往返參數(shù)變換為：13、激光諧振腔的穩(wěn)定性條件〔1〕穩(wěn)定臨界非穩(wěn)〔2〕：穩(wěn)定；=1或=0：臨界；>1or<0非穩(wěn)14、基模高斯光束的主要參量〔1〕鏡面上的光斑尺寸：〔2〕基膜腰斑半徑〔束腰〕：〔3〕任意位置光斑大?。骸?〕曲率半徑：〔5〕沿z軸傳播的基膜高斯光束表達(dá)式：〔6〕共焦參數(shù)：〔7〕模體積：〔8〕光束遠(yuǎn)場(chǎng)發(fā)散角：15、一般穩(wěn)定球面腔與共焦腔的等價(jià)性：任何一個(gè)共焦腔可以與無窮多個(gè)穩(wěn)定球面鏡腔等價(jià)，而任何一個(gè)穩(wěn)定球面鏡腔只能有一個(gè)等價(jià)共焦腔?！?〕證明：任何一個(gè)共焦腔與無窮多個(gè)穩(wěn)定球面腔等價(jià)：證明R1R2滿足則是穩(wěn)定球面腔〔2〕證明：任意一個(gè)穩(wěn)定球面腔只有一個(gè)等價(jià)的共焦腔：16、腔的菲涅耳數(shù)：N越大，單程損耗越小。17、高斯光束的表征方法：〔1〕用W0(或f)及束腰位置表征〔2〕用W〔z〕及R〔z〕表征〔3〕q參數(shù)：q參數(shù)表示則將描述高斯光束的兩個(gè)參數(shù)w(z)和R(z)統(tǒng)一在一個(gè)表達(dá)式中,便于研究高斯光束通過光學(xué)系統(tǒng)的傳輸規(guī)律。z=0：q0=iff=w02/A處：qA=q0+lB處：1/qB=1/qA-1/FC處：qc=qB+lc18、譜線加寬：發(fā)光粒子或光源由于各種物理因素造成光譜曲線I(v)(強(qiáng)頻函數(shù))的線寬加大。類型：〔1〕均勻加寬：假設(shè)引起加寬的物理因素對(duì)每個(gè)原子都是等同的，則這種加寬稱為均勻加寬1〕自然加寬：自發(fā)向低能態(tài)躍遷2〕碰撞加寬：原子之間無規(guī)則碰撞3〕晶格振動(dòng)加寬：晶格原子的熱振動(dòng)，鑲嵌在晶體里的激活粒子處在隨時(shí)間變化的晶格場(chǎng)中，導(dǎo)致其能及位置變化?！?〕非均勻加寬：1〕多普勒加寬〔氣體〕2〕晶格缺陷〔固體〕〔3〕綜合加寬：1〕氣體：碰撞〔氣壓高〕+多普勒〔氣壓低〕2〕固體：晶格振動(dòng)+晶格缺陷3〕液體：碰撞。19、自然加寬：碰撞加寬：多普勒加寬：20、線型函數(shù)：譜線寬度：1/2g處V差21、三能級(jí)躍遷：紅寶石激光器22、四能級(jí)躍遷：Nd:YAG,He-Ne激光器23、增益飽和機(jī)制：〔1〕均勻加寬：每個(gè)粒子對(duì)譜線不同頻率處的增益都有奉獻(xiàn)，結(jié)果增益在整個(gè)譜線上均勻的下降。由于是在均勻加寬激光器中，當(dāng)一個(gè)模振蕩后，就會(huì)使其他模的增益降低，因而組織領(lǐng)導(dǎo)其他模的振蕩?！?〕24、飽和光強(qiáng)：當(dāng)入射光強(qiáng)度Iv1可以喝Is〔v1〕比較時(shí)，受激輻射造成的上能級(jí)集居數(shù)衰減率才可以與其他弛豫過程〔自發(fā)輻射及無輻射躍遷〕相比較。因此當(dāng)Iv1"Is〔v1〕時(shí)，Δn與光強(qiáng)無關(guān)。當(dāng)兩者可以相比較時(shí)，Δn隨Iv1增加而減少，Δn減少到小信號(hào)情況下的[1+Iv1/Is(v1)]-1倍。當(dāng)Iv1=Is〔v1〕時(shí)，Δn=1/2Δn0，即反轉(zhuǎn)集居數(shù)密度減少了一半。25、小信號(hào)增益：對(duì)于光纖放大器來說，在給定信號(hào)波長和給定泵浦光功率下，當(dāng)放大器工作在線性狀態(tài)時(shí)的增益，在該線性工作狀態(tài)，此增益與輸入信號(hào)的光功率完全無關(guān)。大信號(hào)增益：？28、燒孔效應(yīng)：29、在均勻加寬和非均勻加寬激光器中模式競(jìng)爭(zhēng)有什么不同：均勻加寬：在均勻加寬的激光器中，開場(chǎng)時(shí)幾個(gè)滿足閾值條件的縱模在振蕩過程中相互競(jìng)爭(zhēng)，結(jié)果總是靠近中心頻率的一個(gè)縱模獲勝，形成穩(wěn)定的振蕩，其他的縱模都被抑制而熄滅。這種情況叫模式競(jìng)爭(zhēng)。非均勻加寬：當(dāng)Vp=V0時(shí)，Vq+1以及Vq-1模形成的兩個(gè)燒孔重合，也就是說他們公用同一種表現(xiàn)中心頻率的激活粒子，因而存在模競(jìng)爭(zhēng)，此時(shí)兩個(gè)模的輸出功率會(huì)有無規(guī)則欺負(fù)。當(dāng)相鄰模形成的燒孔重疊時(shí)，相鄰縱模因共用一局部激活粒子而相互競(jìng)爭(zhēng)。30、泵浦效率的提高:采用半導(dǎo)體激光器泵浦；四能級(jí)系統(tǒng)激光器閾值低于三能級(jí)系統(tǒng)31、激光器分類：工作方式－按泵浦方式分類〔1〕連續(xù)激光器－穩(wěn)定工作狀態(tài)(穩(wěn)態(tài))：在泵浦時(shí)間內(nèi),各能級(jí)粒子數(shù)及腔內(nèi)光子數(shù)密度到達(dá)穩(wěn)定狀態(tài)〔2〕脈沖激光器－非穩(wěn)定工作狀態(tài)(非穩(wěn)態(tài))：泵浦持續(xù)時(shí)間短,各能級(jí)粒子數(shù)及腔內(nèi)光子數(shù)密度處于劇烈的變化之中。短脈沖激光器(t0<t2)長脈沖激光器(t0>>t2)典型激光器：紅寶石激光器：693.4nm；短脈沖激光器；Nd:YAG：1064nm；高功率脈沖；CO2激光器：16000nm；連續(xù)脈沖兩種；He-Ne激光器：632.8nm；連續(xù)輸出；32、激光器的馳豫振蕩現(xiàn)象：將普通脈沖固體激光器輸出的脈沖，用示波器進(jìn)展觀察、記錄，發(fā)現(xiàn)其波形并非一個(gè)平滑的光脈沖，而是由許多振幅、脈寬和間隔作隨機(jī)變化的尖峰脈沖組成的。原因：當(dāng)激光器的工作物質(zhì)被泵浦，上能級(jí)的粒子反轉(zhuǎn)數(shù)超過閾值條件時(shí)，即產(chǎn)生激光振蕩，使腔內(nèi)光子數(shù)密度增加，而發(fā)射激光。33、諧振腔的品質(zhì)因數(shù)Q調(diào)Q根本原理：通常的激光器諧振腔的損耗是不變的，一旦光泵浦使反轉(zhuǎn)粒子數(shù)到達(dá)或略超過閾值時(shí)，激光器便開場(chǎng)振蕩，于是激光上能級(jí)的粒子數(shù)因受激輻射而減少，致使上能級(jí)不能積累很多的反轉(zhuǎn)粒子數(shù)，只能被限制在閾值反轉(zhuǎn)數(shù)附近。這是普通激光器峰值功率不能提高的原因。要使上能級(jí)積累大量的粒子，可以設(shè)法通過改變〔增加〕激光器的閾值來實(shí)現(xiàn)，當(dāng)反轉(zhuǎn)粒子數(shù)積累到最大時(shí)，再突然把閾值調(diào)到很低，此時(shí)，積累在上能級(jí)的大量粒子便雪崩式的躍遷到低能級(jí)，于是在極短的時(shí)間內(nèi)將能量釋放出來，就獲得峰值功率極高的巨脈沖激光輸出。泵浦時(shí)令腔損耗很大(Q很小),突然減小損耗(增大Q),使積蓄的反轉(zhuǎn)粒子數(shù)在短時(shí)間內(nèi)完成受激輻射,形成