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1、《激光原理与技术》普通高等教育”十五”国家级规划教材阎吉祥主编2004年7月学习目的通过学习掌握激光的基本原理及工作特性,谐振腔理论,典型激光器,半导体激光器,激光调Q技术和锁模技术,频率变换等.课程内容第1章激光的基本原理及特性第2章光学谐振腔理论第3章典型激光器第4章半导体激光器第5章激光调制技术第6章调Q技术与琐模技术第7章激光频率技术参考书目⑴俞宽新等编著，《激光原理与技术》北京工业大学出版社⑵周炳琨等编著，《激光原理》国防工业出版社⑶陈玉清等编著，《激光原理》高等教育出版社⑷李相银等编著，《激光原理技术及应用》哈尔滨
2、工业大学出版社教学组织方式与学时分配利用多媒体授课教学内容课时第一章12第二章8第三章7第四章4第六章8第七章6总计45考核方式考试平时(出勤+作业+平时表现)20%实验30%期末考试50%第1章激光的基本原理及特性1.1激光的特性1.2激光产生的必要条件1.3激光产生的充分条件1.4谱线加宽1.5谱线加宽下的增益系数1.6激光器的速率方程1.7连续与脉冲工作1.8粒子数反转分布条件1.9激光放大的阈值条件1.10均匀加宽激光器的模竞争和频率牵引1.11激光器的输出特性1.12激光器的泵浦技术1.1激光的特性单色性方向性相干性
3、高亮度单色性和时间相干性光源单色性的量度:频带宽度Δν时间相干性：光源中同一辐射源在不同时间辐射出的光束之间的相干性．光波的相干时间:谱线宽度越窄,或单色性越好,相干时间越长,即时间相干性越好.普通光源:谱线宽度1014Hz的量级单模稳频气体激光器：10３Hz以上的量级方向性与空间相干性方向性普通光源:4π激光:毫弧度空间相干性发光面上不同点在同一时间内发出辐射的相干性.相干面积相干长度相干体积高亮度定义:光源在单位面积上,向某一方向的单位立体角内发射的光功率.截面为A的光源单色亮度一束脉宽为纳秒量级的脉冲激光,其亮度可达10
4、18W/cm2.sr,它比太阳表面的亮度2*103W/cm2.sr要高15个数量级1.2激光产生的必要条件1.2.1二能级系统的三种跃迁一、自发辐射二、受激跃迁三、Einstein辐射系数之间的关系一.自发辐射表1.1蓝宝石二.受激跃迁(一)受激吸收ρ(二)受激辐射三.Einstein辐射系数之间的关系当三种过程都存在时,总变化率为简并度1.2.2激光产生的必要条件光强的增长可表示为由受激跃迁引起的光子数净增量与单个光子能量的乘积辐射放大产生激光的必要条件：工作物质处于粒子数反转分布状态增益介质：1.3激光产生的充分条件1.3
5、.1.饱和光强的概念饱和光强ＩＳ饱和长度ＬＳ1.3.2饱和光强的简单计算当光通过增益介质时，上能级粒子数的变化率为稳态时小信号情况随光强Ｉ的增长，Ｎu减小，使Ｎu减小为小信号值的１／２时的光强为饱和光强其中受激辐射截面1.3.3产生激光的充分条件如果在增益介质的有效长度内光强可以从微小信号增长到ＩＳ，则对激光来说是充分的．求有效长度园柱形增益介质，假设介质中已经实现了反转粒子分布设光辐射起源于介质一端长度为l的区域单位时间内由自发发射产生的总辐射能令光强经介质放大后达到饱和光强设光强等于单位截面的能量例1.1已知某激光工作物质
6、增益系数为Ｇ＝100m-1，长度Ｌ＝0.08m求满足产生激光充分条件的da.例已知Ｎd:YAG激光材料增益系数Ｇ＝10m-1，设材料长度Ｌ＝0.5m，直径da=0.1m,试问小信号单次通过该介质光强能否达到饱和？微弱光信号单次通过该工作物质光强达不到饱和1.4谱线加宽原子系统能级的弥散1.4.1概述海森堡测不准关系相干辐射的中心频率为上下边频分别为谱线宽度为谱线加宽特性的描述：线形函数定义线形函数是归一化的求和表示可以有多种自发辐射分类1.均匀加宽2.非均匀加宽1.4.2均匀加宽1.自然加宽由测不准关系决定谱线加宽线形函数自然
7、宽度2.碰撞加宽当原子密度足够高时,原子之间的碰撞引起的谱线加宽①加宽② 加宽： 的速率干扰辐射原子的相 位均匀加宽特点：对同类原子中的每个个体都是相同的．考虑自然加宽和碰撞加宽，总的均匀加宽为大多数固体激光跃迁的谱线加宽气体激光的碰撞加宽比例系数ɑ与原子间的碰撞截面，温度等有关1.4.3.非均匀加宽特点：不同原子或原子群对谱线的不同部分有贡献分类：多谱勒加宽和非晶态加宽一、Ｄoppler加宽（气体工作物质）设有静止时辐射频率为的原子(光源)以速度v朝向或背离观察者(接收器)运动,则被探测到的频率分别为对气体原子,平均速度
8、的取值范围在102～103m/s要求谱线宽度值代入Maxwell速度公式原子的发光强度与发光原子数成正比当 时，上式有极大值高斯分布而有例求氖原子辐射λ０＝６３２．８nm光谱线的多谱勒宽度?（T=300K）二、非晶态加宽非晶态材料,是由分子的奖状混合物凝结在固体中形成
