第一章激光的基本特性

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蘇紅辦公室地點：科技樓5樓516-2室Tel:615090

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2023/6/41當前第1頁\共有121頁\編于星期五\21點2023/6/42光電子學是匯集光子學、電子學、光子技術(shù)與電子技術(shù)的一門學科。光子學

——研究光子作為信息、能量載體的科學光子技術(shù)—

相干光的產(chǎn)生

激光原理

（54學時）

相干光的控制(調(diào)制、偏轉(zhuǎn))

光頻率（波長）變換

激光器件與原理

（54學時）

相干光的檢測及應用——光電探測當前第2頁\共有121頁\編于星期五\21點※

教學大綱：

第一章第二章第四章第五章

第七章（自學）2023/6/43當前第3頁\共有121頁\編于星期五\21點※課程目標:

掌握產(chǎn)生激光的基本原理和處理激光問題的基本理論和方法。1.了解激光器的組成，掌握激光原理的基本知識、激光特性；。

2.了解光諧振腔模式的波動理論，掌握共軸球面腔的穩(wěn)定性條件；掌握對稱共焦腔的基本特性，能利用等價共焦腔的概念分析一般穩(wěn)定球面腔的模式特征；掌握高斯光束的基本性質(zhì)與傳輸規(guī)律，分析高斯光束的聚焦和準直。2023/6/44當前第4頁\共有121頁\編于星期五\21點2023/6/453.掌握譜線加寬的機制和線型函數(shù)，掌握速率方程理論的分析方法，掌握均勻加寬和非均勻加寬工作物質(zhì)的增益系數(shù)的特性。

4.掌握激光振蕩特性（閾值概念、激光器起振和維持穩(wěn)定工作條件、模式特性和輸出功率）；了解弛豫振蕩、線寬極限和頻率牽引概念。

當前第5頁\共有121頁\編于星期五\21點※

教學手段：上課內(nèi)容：演示文稿課堂練習：課后作業(yè)：每人一個固定筆記本，周三上課前交

習題講評&課堂討論：3-4次考試方式：閉卷期末※

成績：作業(yè)＋考勤

30％

期末考試

70％

※課堂紀律：上課時不準吃、喝；關(guān)閉手機;

上課期間不得隨意離開教室。

※學風建設(shè)：主動積極聽課，把心留在教室里,

認真獨立完成作業(yè)，端正態(tài)度,

不要有投機取巧的僥幸心理。2023/6/46當前第6頁\共有121頁\編于星期五\21點※答疑：時間：每周五下午14:30-16:30地點：科技樓5樓516-2室※見學校網(wǎng)頁精品課程網(wǎng)頁：精品課程2023/6/47當前第7頁\共有121頁\編于星期五\21點※專題研究或?qū)嶒炇覅⒂^：專題研究方式的內(nèi)容主要包括激光器的腔型設(shè)計與參數(shù)測試、激光器的光束強度分布及其發(fā)散角的測量與分析、調(diào)Q脈沖YAG激光器的調(diào)試與參數(shù)測試的研究。2023/6/48當前第8頁\共有121頁\編于星期五\21點緒論序言激光發(fā)展歷史激光基本原理概述

光和物質(zhì)相互作用的三種過程光的受激輻射放大自激振蕩器2023/6/49當前第9頁\共有121頁\編于星期五\21點2023/6/410當前第10頁\共有121頁\編于星期五\21點（Laser__lightamplificationbystimulatedemissionofradiation）激光又名鐳射，全名是“受激輻射光放大”。量子電子學微觀物理學與量子學相結(jié)合在所有波段研究激射原理、激射器件以及相干輻射與物質(zhì)相互作用的一門邊緣課程。光電子學：在光頻波段的電子學。對象：電磁波光子學

對象：光子一、序言what？2023/6/411當前第11頁\共有121頁\編于星期五\21點二、激光發(fā)展歷史How？

科學技術(shù)發(fā)展規(guī)律

基礎(chǔ)理論研究新技術(shù)產(chǎn)品開發(fā)產(chǎn)業(yè)

基礎(chǔ)理論研究是構(gòu)筑科學大廈的基石

為激光發(fā)展進行探索的科學家2023/6/412當前第12頁\共有121頁\編于星期五\21點1、激光器產(chǎn)生歷史1917:

愛因斯坦(A.Einstein)

提出了受激輻射可實現(xiàn)光放大的概念，為激光發(fā)明奠定了理論基礎(chǔ)。1917年以后近四十年內(nèi)：

量子理論的發(fā)展；粒子數(shù)反轉(zhuǎn)的有效實現(xiàn);電子學與微波技術(shù)的發(fā)展。1954：美國湯斯(C.H.Townes)

前蘇聯(lián)巴索夫(N.G.Basov)

普洛霍洛夫()第一次實現(xiàn)氨分子微波量子振蕩器(MASER)。通訊和雷達技術(shù)都希望將電磁波頻率進一步提高。(微波-可見光波段)2023/6/413當前第13頁\共有121頁\編于星期五\21點1958:

美國湯斯(Towns)與肖洛(A.L.Schawlow)提出利用開放式光學諧振腔實現(xiàn)光振蕩的新思想;

布隆伯根(N.Bloembergen)提出利用光泵浦三能級系統(tǒng)實現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布的新構(gòu)思。是非線性光學理論的奠基人。1958年12月:

在PhysicsReview上發(fā)表。1960年3月：獲專利。2023/6/414當前第14頁\共有121頁\編于星期五\21點1960：美國休斯公司實驗室梅曼(T.H.Maiman)

世界上第一臺紅寶石固態(tài)激光器誕生。2007年5月5日：激光先驅(qū)梅曼去世。享年79歲。2023/6/415當前第15頁\共有121頁\編于星期五\21點世界上第一臺激光器誕生(1960)紅寶石固體激光器波長：6943A(694.3nm)，峰值功率：10KW2023/6/416當前第16頁\共有121頁\編于星期五\21點

世界上第一臺激光器模型：

固體激光器：紅寶石，Nd:YAG，YVO4等。2023/6/417當前第17頁\共有121頁\編于星期五\21點1961：中國第一臺激光器1961年8月，中國第一臺激光器--"小球照明紅寶石"激光器，在中國科學院長春光學精密機械研究所誕生了。這臺激光器的設(shè)計師是王之江教授，他被稱為"中國激光之父"。2023/6/418當前第18頁\共有121頁\編于星期五\21點中國第一臺激光器（1961）2023/6/419當前第19頁\共有121頁\編于星期五\21點王大珩（），中國科學院、中國工程院院士中國光學之父制成中國第一臺激光器，第一臺大型光測裝備和許多國防光學儀器。

20世紀70年代，主持制定了全國第一個遙感科學規(guī)劃，領(lǐng)導了綜合性的航空遙感試驗。

2023/6/420當前第20頁\共有121頁\編于星期五\21點1961：世界上A.賈文制成了第一臺氣體激光器－He-Ne激光器1962：R.N.霍耳等人創(chuàng)制了砷化鎵半導體激光器1963：中國第一臺He-Ne激光器1997:

朱棣文、菲利普(W.Phillips)和塔羅季（C.Tannoudi)

利用激光冷卻和鉗制原子的研2000:赫伯特·克雷歇爾（H.Pressel），提出了雙異質(zhì)結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)半導體激光器室溫工作。2、激光技術(shù)1961：第一臺調(diào)Q激光器(ns)1966：鎖模激光器（ps）——fs、as激光器2023/6/421當前第21頁\共有121頁\編于星期五\21點3、激光應用器件發(fā)展概況2023/6/422當前第22頁\共有121頁\編于星期五\21點2023/6/423當前第23頁\共有121頁\編于星期五\21點）2023/6/424當前第24頁\共有121頁\編于星期五\21點）2023/6/425當前第25頁\共有121頁\編于星期五\21點）））））2023/6/426當前第26頁\共有121頁\編于星期五\21點1）工作物質(zhì):固體，氣體，液體，半導體，光纖化學，離子，原子2）頻譜范圍：激光波長遠紫外——可見光——亞毫米

(100nm）（1.222mm）3）輸出能量微焦——百萬焦耳(脈沖pulselaser）4）輸出功率毫瓦——萬瓦（連續(xù)CWlaser）激光器件技術(shù)發(fā)展展望2023/6/427當前第27頁\共有121頁\編于星期五\21點2023/6/428當前第28頁\共有121頁\編于星期五\21點4、涉及范圍及內(nèi)容1）自然科學：一系列新的交叉學科應用技術(shù)領(lǐng)域：量子光學、非線性光學、激光原理（器件和技術(shù)）、超快光子學、信息光電子技術(shù)、激光全息技術(shù)、激光醫(yī)療與光子生物學、激光加工及檢測，激光武器等分支。2023/6/429當前第29頁\共有121頁\編于星期五\21點

激光的發(fā)明使光學領(lǐng)域的研究出現(xiàn)新的活力。激光一方面為成熟的領(lǐng)域中現(xiàn)有的各種應用技術(shù)帶來數(shù)量級的改善，另一方面又開辟了一些新的領(lǐng)域和新的應用和新學科。2023/6/430當前第30頁\共有121頁\編于星期五\21點2）2023/6/431當前第31頁\共有121頁\編于星期五\21點2023/6/432當前第32頁\共有121頁\編于星期五\21點3）2023/6/433當前第33頁\共有121頁\編于星期五\21點4）2023/6/434當前第34頁\共有121頁\編于星期五\21點2023/6/435當前第35頁\共有121頁\編于星期五\21點2023/6/436當前第36頁\共有121頁\編于星期五\21點5）2023/6/437當前第37頁\共有121頁\編于星期五\21點2023/6/438當前第38頁\共有121頁\編于星期五\21點2023/6/439當前第39頁\共有121頁\編于星期五\21點2023/6/440當前第40頁\共有121頁\編于星期五\21點2023/6/441當前第41頁\共有121頁\編于星期五\21點2023/6/442當前第42頁\共有121頁\編于星期五\21點2023/6/443當前第43頁\共有121頁\編于星期五\21點2023/6/444當前第44頁\共有121頁\編于星期五\21點6）2023/6/445當前第45頁\共有121頁\編于星期五\21點2023/6/446當前第46頁\共有121頁\編于星期五\21點2023/6/447當前第47頁\共有121頁\編于星期五\21點三、激光基本原理概述1963：半經(jīng)典理論1965：全量子理論經(jīng)典理論速率方程組

光和物質(zhì)相互作用的三種過程光的受激輻射放大自激振蕩器2023/6/448當前第48頁\共有121頁\編于星期五\21點1）AmnonYariv“IntroductiontoOpticalElectronics”“OpticalElectronicsinModernCommunication”1997年版(0463FY281)2）JosephT.Verdeyen“LaserElectronics”1995年版3)鄒英華孫陶亨《激光物理學》北京大學出版社伍長征王兆永等《激光物理學》復旦大學出版社王青圃等編著《激光原理》山東大學出版社李相銀等編著《激光原理技術(shù)及應用》哈工大出版社參考書2023/6/449當前第49頁\共有121頁\編于星期五\21點Nature,SciencePhysicsReviewLetters6.017AppliedPhysicsLetters4.207JournalofAppliedphysics2.281IEEEPhotonictechnologyLetters2.1IEEEJournalofQuantumElectronics2.097OpticsLetters/Express3.511JournalofOpticalSocietyofAmerica,AppliedOptics相關(guān)的重要學術(shù)刊物(SCI/EI收錄期刊）2023/6/450當前第50頁\共有121頁\編于星期五\21點內(nèi)容：1.光的相干性和光波模式的聯(lián)系

2.光的受激輻射

3.光的受激輻射放大

4.光的自激振蕩

5.激光特性§1激光的基本原理★★★2023/6/451當前第51頁\共有121頁\編于星期五\21點基本概念：光波模式光子狀態(tài)相格相干體積光子簡并度§1.1相干性的光子描述2023/6/452當前第52頁\共有121頁\編于星期五\21點2023/6/453當前第53頁\共有121頁\編于星期五\21點電磁波求解2023/6/454當前第54頁\共有121頁\編于星期五\21點一、光子的基本性質(zhì)波粒二象性能量運動質(zhì)量動量光子具有兩種可能的獨立偏振狀態(tài)，對應兩個獨立偏振方向。光子具有自旋（自旋量子數(shù)為整數(shù)）不同于電子、質(zhì)子、中子等粒子。（同一狀態(tài)的光子數(shù)目無限制）2023/6/455當前第55頁\共有121頁\編于星期五\21點3）具有基元能量，基元動量的物質(zhì)單元——

第l個本征狀態(tài)的光子。1）任意電磁場可看作是一系列單色平面波(以波矢k為標志)的線性疊加，或一系列電磁波的本征模式（本征狀態(tài)）的疊加。2）每個本征模式可以是量子化的。——基元能量和基元動量的整數(shù)倍。2023/6/456當前第56頁\共有121頁\編于星期五\21點4）具有相同能量和動量的光子彼此間不可區(qū)分，處于同一模式（狀態(tài)）。5）

每個模式內(nèi)光子數(shù)目是無限制的。2023/6/457當前第57頁\共有121頁\編于星期五\21點1）波動觀點——光波模式經(jīng)典電磁學理論中，電磁波的運動規(guī)律由麥克斯韋方程決定。其通解可表示為一系列單色平面波的線性疊加。單色平面波二、光波模式和光子狀態(tài)相格2023/6/458當前第58頁\共有121頁\編于星期五\21點在自由空間，具有任意波矢單色平面波都可以存在。在一個有邊界條件限制的空間V（諧振腔）內(nèi),只能存在一系列獨立的具有特定波矢的平面單色駐波。

——電磁波模式或光波模式（1）一種模式是電磁波運動的一種類型；（2）以波矢為標志，不同模式以不同的區(qū)分；（3）同一波矢對應著兩個不同偏振方向的模。

特點2023/6/459當前第59頁\共有121頁\編于星期五\21點空腔V內(nèi)的模式數(shù)目？設(shè)空腔為V=

的立方體沿坐標軸傳播駐波條件及波矢三個分量應滿足條件：則有：ΔxΔyΔz2023/6/460當前第60頁\共有121頁\編于星期五\21點ΔxΔyΔz在波矢空間，每個模式占有的體積元：當前第61頁\共有121頁\編于星期五\21點2023/6/462在波矢空間中,每個模式占有的一個體積元在~區(qū)間模式數(shù)：在頻率v附近頻帶dv內(nèi)的模式數(shù)：當前第62頁\共有121頁\編于星期五\21點2）粒子觀點——光子狀態(tài)經(jīng)典力學中，質(zhì)點運動狀態(tài)完全由其坐標和動量確定，這種空間稱為相空間。63當前第63頁\共有121頁\編于星期五\21點2023/6/464經(jīng)典力學中，質(zhì)點運動狀態(tài)完全由其坐標（x,y,z）和動量(Px,Py,Pz)確定，這種六維空間稱為相空間。（1）一個光子態(tài)所占有的相空間體積元：——相格（2）一個相格所占有的坐標空間體積（相格空間體積）：在相空間中，一種光子狀態(tài)占居一個相空間體積元為h3的相格——來源于微觀粒子的位置和動量滿足測不準關(guān)系。當前第64頁\共有121頁\編于星期五\21點3）光波模式等效于光子狀態(tài)？（1）在波矢空間中，光波模所占體積元：考慮一個光波模是由兩列沿相反方向傳輸?shù)男胁ǖ寞B加，所以它在相空間中動量軸方向所占的線度：（2）在相空間中，相格所占的坐標空間體積：總結(jié)：一個光波模在相空間中也占有一個相格；一個光波模等效于一個光子態(tài)。2023/6/465當前第65頁\共有121頁\編于星期五\21點相干體積——在該體積內(nèi)各點的光波場都具有明顯的相干性。相干面積Ac——垂直于光傳輸方向的截面積相干長度Lc——光波的波列長度相干時間：三、光子的相干性－不同空間點上、不同時刻的光波場的某些特性的相關(guān)性2023/6/466當前第66頁\共有121頁\編于星期五\21點以楊氏雙縫干涉為例，距離光源R處的相干面積：S1和S2兩點的光波場具有空間相干性條件：光源的相干面積：2023/6/467當前第67頁\共有121頁\編于星期五\21點光源的相干體積：光子觀點上分析，相格空間體積：2023/6/468當前第68頁\共有121頁\編于星期五\21點總結(jié)：1）相格空間體積，一個光波?；蚬庾討B(tài)占有的空間體積都等于相干體積；2）屬于同一光子態(tài)的光子或同一模式的光波是相干的。2023/6/469當前第69頁\共有121頁\編于星期五\21點相干光強：描述光相干性的參量之一，決定于具有相干性的光子的數(shù)目或同態(tài)的光子數(shù)目。光子簡并度：處于同一光子態(tài)的光子數(shù)；同一模式內(nèi)的光子數(shù)；處于相干體積內(nèi)的光子數(shù)；處于同一相格內(nèi)的光子數(shù)。四、

光子簡并度2023/6/470當前第70頁\共有121頁\編于星期五\21點2023/6/471對普通光源，增大相干面積和相干時間，將導致相干光強的降低；激光是一種光強和相干性二者統(tǒng)一起來的強相干光源。當前第71頁\共有121頁\編于星期五\21點作業(yè)

怎樣從波粒二象性出發(fā)，理解光子的相干性？2023/6/472當前第72頁\共有121頁\編于星期五\21點激光器的物理基礎(chǔ)：受激輻射過程（光與物質(zhì)的共振相互作用）——愛因斯坦提出了光與原子相互作用的量子論。§1.2光的受激輻射基本概念光和物質(zhì)相互作用的三個基本過程：

自發(fā)輻射、受激吸收和受激輻射2023/6/473當前第73頁\共有121頁\編于星期五\21點1）黑體輻射——普朗克（MaxPlanck）熱輻射：

處于某一溫度T的物體能夠發(fā)出和吸收電磁輻射，發(fā)出的這種電磁輻射稱為熱輻射或溫度輻射。黑體：

能夠完全吸收任何波長電磁輻射的物體。在熱平衡狀態(tài)，黑體內(nèi)存在一確定的輻射場，也叫平衡輻射。黑體輻射：2023/6/474當前第74頁\共有121頁\編于星期五\21點黑體輻射：在熱平衡狀態(tài)，黑體內(nèi)存在的某一確定的輻射場是溫度T和頻率v的函數(shù)。描述形式:單色能量密度（J.m-3.s）——單位體積內(nèi)，頻率處于v附近單位頻率間隔中的電磁輻射能量。

2023/6/475當前第75頁\共有121頁\編于星期五\21點腔內(nèi)每個模式上的平均能量：腔內(nèi)單位體積單位頻率間隔內(nèi)的光波模式數(shù)：黑體輻射普朗克公式：單色能量密度：玻耳茲曼常數(shù)2023/6/476當前第76頁\共有121頁\編于星期五\21點黑體輻射實質(zhì)上是這個輻射場和黑體的物質(zhì)原子（或分子或離子）相互作用的結(jié)果。為了簡化，物質(zhì)的原子只考慮兩個能級，這個物質(zhì)簡稱為二能級系統(tǒng)。E2、n2E1、n1E2-E1＝hv當前第77頁\共有121頁\編于星期五\21點2）自發(fā)輻射躍遷(spontaneousradiationtransition)處于高能級E2的一個原子自發(fā)地向E1躍遷，并發(fā)射一個能量為hv的光子，該過程稱為自發(fā)躍遷。由原子自發(fā)躍遷發(fā)出的光波稱為自發(fā)輻射。E2、n2E1、n1E2-E1＝hv2023/6/478當前第78頁\共有121頁\編于星期五\21點定義：A21——單位時間內(nèi)n2個高能態(tài)原子中發(fā)生自發(fā)躍遷的原子數(shù)n21與n2的比值。自發(fā)躍遷概率2023/6/479當前第79頁\共有121頁\編于星期五\21點——原子在上能級的平均壽命推導如下：A21也叫自發(fā)躍遷愛因斯坦系數(shù)自發(fā)輻射概率值：2023/6/480當前第80頁\共有121頁\編于星期五\21點2023/6/481E2、n2E1、n1

特點：1）該躍遷與外界輻射場無關(guān)。是一種只與原子本身性質(zhì)有關(guān)的自發(fā)過程—自發(fā)躍遷概率（A21

）；2）對一個粒子自發(fā)躍遷，只能發(fā)出一個光子（E2-E1＝hv）；3）每個原子的躍遷是獨立的、偶然的，自發(fā)輻射的光子在其位相、偏振狀態(tài)、傳播方向都是隨機的，非相干的。當前第81頁\共有121頁\編于星期五\21點3）受激吸收躍遷(stimulatedabsorptiontransition)特點：hv=E2-E1E2、n2E1、n1設(shè)處于E1、E2能級上的原子數(shù)分別為n1、n2,外來單色光能量密度為。處于低能級E1

的一個原子，在頻率為v的輻射場作用下，吸收一個能量為hv的光子并向E2躍遷，該過程稱為受激吸收躍遷。2023/6/482當前第82頁\共有121頁\編于星期五\21點受激吸收躍遷概率：受激吸收過程與外場、原子本身性質(zhì)有關(guān)。B12——受激吸收躍遷愛因斯坦系數(shù)，只與原子性質(zhì)有關(guān)。

2023/6/483當前第83頁\共有121頁\編于星期五\21點4）受激輻射躍遷（stimulatedradiationtransition）特點：若入射光子的頻率滿足hv=E2-E1

，則處于激發(fā)態(tài)的原子放出一個頻率為v的光子而躍遷到E1，出射光子與入射光子具有同頻率、傳播方向、位相、振動面（偏振）——相干性。E2E1——有光的放大作用。2023/6/484當前第84頁\共有121頁\編于星期五\21點Ｂ21——受激輻射躍遷愛因斯坦系數(shù)

受激輻射躍遷概率：其中(,T)表示溫度為T頻率為的輻射能量體密度(外來光子密度)。2023/6/485當前第85頁\共有121頁\編于星期五\21點A21、B21、B12相互關(guān)系熱平衡狀態(tài)：1）

原子數(shù)按能級分布——玻耳茲曼分布律：2）n2或n1應保持不變當f1=f2,2023/6/486當前第86頁\共有121頁\編于星期五\21點

5）

2023/6/487當前第87頁\共有121頁\編于星期五\21點2023/6/488當前第88頁\共有121頁\編于星期五\21點2023/6/489當前第89頁\共有121頁\編于星期五\21點作業(yè)1、推導自發(fā)輻射躍遷愛因斯坦系數(shù)、受激吸收躍遷愛因斯坦系數(shù)和受激輻射躍遷愛因斯坦系數(shù)之間的關(guān)系；2、推導自發(fā)輻射躍遷概率與二能級系統(tǒng)上能級原子的平均壽命之間的關(guān)系。2023/6/490當前第90頁\共有121頁\編于星期五\21點§1.3光的受激輻射放大黑體輻射源的光子簡并度：例:2023/6/491當前第91頁\共有121頁\編于星期五\21點例：T=300K，λ=600nm的紅光λ=1000nm可見：普通光源在可見光和紅外光波段主要是自發(fā)輻射。2023/6/492當前第92頁\共有121頁\編于星期五\21點2023/6/493黑體輻射源的光子簡并度：當前第93頁\共有121頁\編于星期五\21點2023/6/494當前第94頁\共有121頁\編于星期五\21點2023/6/495當前第95頁\共有121頁\編于星期五\21點1）光波模式的選擇——光學諧振腔2）光的受激輻射放大一、光放大概念的產(chǎn)生2023/6/496當前第96頁\共有121頁\編于星期五\21點熱平衡狀態(tài)：E2>E1，n2<n1

光通過物質(zhì)時，受激吸收光子數(shù)>受激輻射光子數(shù)，所以處于熱平衡狀態(tài)下的物質(zhì)只能吸收光子。二、實現(xiàn)光放大必要條件2023/6/497當前第97頁\共有121頁\編于星期五\21點2023/6/4981）集居數(shù)反轉(zhuǎn)：受激輻射>受激吸收

n2>n1

選擇具有亞穩(wěn)態(tài)能級結(jié)構(gòu)的工作物質(zhì)。2）激光介質(zhì)（激活物質(zhì)或增益介質(zhì)）：

處于粒子數(shù)反轉(zhuǎn)狀態(tài)的物質(zhì)實現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)——泵浦（激勵）過程（必要條件）泵浦方式：電泵、光泵、化學泵、核泵當前第98頁\共有121頁\編于星期五\21點二能級工作物質(zhì)（半導體）受激吸收受激輻射自發(fā)輻射E2E12023/6/499當前第99頁\共有121頁\編于星期五\21點三能級工作物質(zhì)（紅寶石）2023/6/4100當前第100頁\共有121頁\編于星期五\21點四能級工作物質(zhì)（Nd:YAG,He-Ne）2023/6/4101當前第101頁\共有121頁\編于星期五\21點2023/6/4102光在介質(zhì)中傳播的物理圖像處于集居數(shù)反轉(zhuǎn)狀態(tài)的物質(zhì)稱為激活介質(zhì)，也是一個光放大器。當前第102頁\共有121頁\編于星期五\21點1）增益系數(shù)g——放大作用的大小,表示光通過單位長度激活物質(zhì)后光強增長的百分數(shù)。三、光放大物質(zhì)的增益系數(shù)與增益曲線2023/6/4103當前第103頁\共有121頁\編于星期五\21點當前第104頁\共有121頁\編于星期五\21點2023/6/4105當前第105頁\共有121頁\編于星期五\21點（1）小信號增益的情況，集居數(shù)差值為常數(shù)增益介質(zhì)2023/6/4106當前第106頁\共有121頁\編于星期五\21點當光強增大時，集居數(shù)差值隨z增加而減少，增益g也隨z的增加而減少。——增益飽和效應（2）大信號增益的情況——飽和光強，描述增益飽和效應而引入的參量。2023/6/4107當前第107頁\共有121頁\編于星期五\21點2）增益曲線增益系數(shù)隨光波頻率v的變化曲線。g(v0)g(v0)/2中心頻率寬度(線寬)g(v0)g(v0)/2g(v)2023/6/4108當前第108頁\共有121頁\編于星期五\21點§1.4光的自激振蕩損耗系數(shù)：光通過單位距離后光強衰減的百分比一、自激振蕩概念同時考慮到增益和損耗時，——激光器都是激光自激振蕩器2023/6/4109當前第109頁\共有121頁\編于星期五\21點當,I(z)達到一穩(wěn)定的極大值:注意：極大值