激光復習資料

激光器的基本結(jié)構(gòu)包括三部分，即工作物質(zhì)、激勵能源、光學諧振腔任何一個共焦腔與 無窮多個穩(wěn)定球面腔等價，而任何一個滿足穩(wěn)定條件的球面腔唯一地等價于一個共焦腔。影響腔內(nèi)電磁場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、半導體激光器5He-Ne激光器是典型的四能級系統(tǒng)，有三條主要激光譜線，其激光譜線及波長分別為3St2P 0.6328^2St2P 1.15^3St3P 3.3卯1連續(xù)激光器穩(wěn)定工作時的增益系數(shù)是否會隨泵浦功率的提高而增加？為什么？不會 因為連續(xù)激光器穩(wěn)定時增益系數(shù)為G=G。=g,，go為小信號增益系數(shù)，/為腔內(nèi)光強，/為飽和光強。 1+2〃七 閾因此，當滿足閾值條件以后，當外界的泵浦功率增加時，腔內(nèi)光強增加，引起增益飽和作用，則增益下降。在穩(wěn)態(tài)工作時，激光器的增益系數(shù)保持與閾值相等，不會隨泵浦功率的提高而增加。2簡要敘述激光器穩(wěn)定出光的過程。答：激光增益介質(zhì)在激勵源的激勵下造成一定數(shù)目的粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布，高能級上的粒子不穩(wěn)定會產(chǎn)生自發(fā)輻射光，增益介質(zhì)對這些最初始的自發(fā)輻射光有一定的增益系數(shù)，此時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；當光被繼續(xù)放大到一定強度可與激光器的飽和光強可比擬時，光強使介質(zhì)的增益系數(shù)產(chǎn)生飽和效應(yīng)，當增益系數(shù)逐步下降到等于諧振腔的總損耗系數(shù)時，光在腔中往返一次被增加的量等于損耗的量，此時激光器即發(fā)出穩(wěn)定的光強。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縱模？答：(1)對于均勻增寬型介質(zhì)激光器來說，每個發(fā)光粒子對形成整個譜線都有貢獻。當強度很大的光通過時，它會造成整個增益曲線按同一比例下降，通過增益的飽和效應(yīng)模式之間會造成譜線競爭，最終只剩下與中心頻率靠得最近的那個模式，所以是單縱模的；(2)對于非均勻增寬型介質(zhì)激光器來說，某一種縱模的光強增強時，增益的飽和效應(yīng)并不引起整個增益曲線下降，而是在該縱模對應(yīng)的頻率處燒一個孔，所以如果有多個縱模的小信號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縱模。k Ei①②③④如圖所示，E1和E0（基態(tài)）分別為激光上下能級，n0和n1分別為上下能級的粒子數(shù)密度，諧振腔中傳播的單色光能密度為P（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①為泵浦速率為。的抽運過程，②為自發(fā)輻射過程，③和④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A10、B10、B01.試寫出E1能級在單位時間內(nèi)粒子數(shù)密度的增加量，并說明表達式中每一項的物理意義。答：%=R0-n1A10-（n1B10-n0B01）從V）其中：n1A10為單位時間通過自發(fā)輻射從與能級躍遷到E0能級的粒子數(shù)密度，即E］能級上的粒子數(shù)密度由于自發(fā)輻射減少的量。nB頂pf（V）為單位時間通過受激輻射從E］能級躍遷到E0能級的粒子數(shù)密度，即E1能級上的粒子數(shù)密度由于受激輻射減少的量；n0B01pfV）為單位時間通過受激吸收從E0能級躍遷到E］能級的粒子數(shù)密度，即E1能級上的粒子數(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，即黑體與輻射場之間應(yīng)處于能量（熱）平衡狀態(tài)，這種平衡必然導致空腔內(nèi)存在完全確定的輻射場，這種輻射場稱為黑體輻射或平衡輻射。Planck公式:PvPlanck公式:Pv=8丸hv3 1C3 hvekT—1物理意義：在單位體積內(nèi)，頻率處于v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？什么是小信號增益？大信號增益？增益飽和?答：激光增益定義：設(shè)在光傳播方向上z處的光強為/。，則增益系數(shù)定義為g益系數(shù)定義為g=出上，

dzI(z)表示光通過單位長度激活物質(zhì)后光強增長的百分數(shù)。小信號增益：當光強很弱時，粒子數(shù)差值偵—0）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增益。大信號增益：在放大器中入射光強I與I（I為飽和光強）相比擬時，g(時，g(l)=g01+—IS為大信號增益。增益飽和：當光強足夠強時，增益系數(shù)g也隨著光強的增加而減小，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)：描述腔的一個自再現(xiàn)模式或橫模。其模描述鏡面上場的振幅分布，幅角描述鏡面上場的