《激光简介》PPT课件

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1、§19.7激光简介激光：受激辐射放大的光激光的优越性：高单色性，高相干性，高亮度，高定向性自发辐射受激吸收自发辐射系数受激吸收系数E2E1全同无关光波的频率相位偏振态受激辐射自发辐射受激辐射E2E1E2E1受激辐射系数一般情况下1一.激光的特点及应用1.高定向性激光是一定向光束，几乎不发散地笔直前进，这是由其发光原理和激光器中谐振腔方向选择作用而定的。探照灯激光10km光斑d=几十米光斑d=几个厘米应用：定位、导向、测距…测距9000km，偏差3~5cm（China）2.高单色性普通光源：单色性最好的氪灯（Kr）He—Ne激光器（红光）：应用：频率稳定，可做国际单位计量

2、标准。光频计时器，一年的时间，计时误差<1ms23.高亮度——能量集中在空间上高度集中，几乎是平行光；在时间上高度集中，可以以脉冲形式发射，集中能量于目标且来不及散热，10-3mm3体积上瞬时T=106K。应用：打孔、焊接、切割…4.高相干性同频、同振向、固定相差应用：精密测量、全息照相、光纤通讯…物底板反射镜干涉条纹明、暗—物光强度间距、宽度—物光相位3二.激光的发光原理1.三种跃迁发光频率条件：（1）自发辐射E2E1E2E1不同原子辐射的光子的频率、初相、偏振态、传播方向均不同——光不相干（2）受激辐射发出相干光E2E1E2E14（3）受激吸收E2E1E2E1受激辐

3、射和受激吸收是在外来光子作用下产生的二个相反的过程若吸收>辐射，则光强下降，称光吸收若吸收<辐射，则光强上升，称光放大在两个相同的能级之间，这两个过程同时存在，其发生的几率与两个能级上的粒子数有关；若粒子数相同，向上和向下跃迁的几率一样。要想使受激辐射占优势，处于高能级E2上的粒子数N2必须大于处于低能级E1上的粒子数N1。52.产生激光的必要条件在正常热平衡状态下，在室温时，粒子按能级的分布规律遵从玻尔兹曼分布率：而要得到光放大，必须：——粒子数反转如何实现粒子数反转？选取特殊物质，它有合适的能级结构。下面以He—Ne激光器为例说明（P468）6三.He—Ne激光器高

4、压直流电源在抽成真空的玻璃管中充入HeNe混合气体，比例约为：4:1~10:1管两端装有反射镜，加上几千伏的高压，产生气体放电He——传递能量Ne——产生受激辐射而发出激光71.如何实现粒子数反转HeNeE1E1放电激励e碰撞转移电子碰撞激发12121/2/He原子中，二个亚稳态12（10-8s）Ne原子中，有和He能级接近的二个亚稳态12（10-8s）还有二个寿命更长的亚稳态1/2/（10-3s）对于Ne原子：能级2和2/，1和1/，2和1/之间都实现了粒子数反转8在实际问题中，影响激光谱线宽度的因素很多，主要有：（1）自然宽度（2）碰撞展宽由于原子间的碰撞加速了原子

5、从高向低能级的跃迁，缩短了在受激态上的寿命（3）多普勒展宽92.谐振腔激励能源增益介质谐振腔全反射镜部分反射镜(99)（1）维持光振荡光在工作物质中来回一次产生的增益（光放大）一定要补偿它在这来回一次中光的损耗，这是产生激光的另一个必须满足的条件——阈值条件作用：（2）使激光有极好的方向性增益介质10（3）使激光有极好的单色性（选频作用）(a)选择腔的长度，使光来回传播时，形成以反射镜为节点的驻波，满足的光都可以产生稳定的振荡。但是，只有在自然宽度内的频率才能得到振荡放大。这就是谐振腔的选频作用。自然宽度11(b)选择反射镜上镀膜的厚度可以使所需波长的光得到最大限度的

6、加强12光在谐振腔内来回反射，相干叠加，只有形成驻波的光才能振荡振荡纵模纵模间隔纵模个数§19.9激光的纵模和横模vkvk+1vkN个纵模单模线宽辐射线宽vc一.纵模（振荡频率）k=1,2,3,…13辐射线宽(1)使激光按单模输出，则其单色性由单模线宽决定。讨论(2)若输出光是多模的，其单色性和普通光源一样由辐射线宽决定。条件频率(MHz)T=300KP=1~2mmHg辐射线宽1300腔长L=100cm纵模间隔150L=100cm反射率98%单模线宽<1氦氖激光器参数N个纵模vc14二.横模(光束横截面上的光强的稳定分布)激光束横截面上几种光斑图形作业三.P391

7、51.按照原子的量子理论，原子可以通过自发辐射和受激辐射两种辐射方式发光，而激光是由受激辐射方式发光的。2.光和物质相互作用产生受激辐射，辐射光和照明光具有完全相同的特性，这些特性指的是同频率、同相位、同偏振态、同方向传播。3.自发辐射和受激辐射的区别：自发辐射：无外界影响，处于高能级的粒子自发地向低能级跃迁发出的光，是非相干光；受激辐射：在入射光子影响下，处于高能级的粒子向低能级跃迁发出和入射光子完全相同的光子，是相干光。4.产生激光的必要条件是粒子数反转，激光的四个主要特征是高定向性、高单色性、高亮度、高相干性。5.激光器中光学谐振腔