激光原理 期末复习 廖为兵

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1、激光原理期末复习廖为兵导读：就爱阅读网友为您分享以下“激光原理期末复习廖为兵”的资讯，希望对您有所帮助，感谢您对92to.com的支持!一．激光成分:光子（光子不会停留）光子的基本性质:(P4)（4）光子具有两种可能的独立偏振态，对应于光波场的两个独立偏振方向（5）光子具有自旋，并且自旋量子数为整数。激光的四个性质：(P19)（1）单色性（2）高亮度（3）方向性（4）相干性：（空间相干性、时间相干性、相干光强）自再现模：（P50）产生位置：在谐振腔的镜面上产生。产生原因：衍射损耗。注：1.10由于衍射主要发生在镜的边缘上，因而恰恰将对场的空间分布发生重要影响，

2、而且，只要镜的横向尺寸是有限的这一影响将永远存在。2.由于每一次渡越时，波都将因衍射而损失一部分能量，而且衍射还将引起能量分布的变化。3.在经过足够多次渡越后，能形成这样一种稳态场：分布不再受衍射的影响，在腔内往返一次后能够“再现”出发时的场分布。这种稳态经一次往返后，唯一可能的变化是，镜面上各点的场振幅按同样的比例衰减，各点的相位发生同样大小的滞后。4.我们把开腔镜面上的经一次往返能再现的稳态场分布称为开腔的自再现模或横模。自再现模一次往返所经受的能量损耗称为模的往返损耗。在理想开腔中，等于前面所指出的衍射损耗。自再现模经一次往返所发生的相移称为往返相移，该

3、相移等于2的整数倍，这就是模的谐振条件。横模：在激光器谐振腔中，把垂直于传播方向上某一横截面上的稳定场分布称为横模，即横截面上光强的分布。（注：减少横模的主要途径有：1、改善谐振腔反射镜与工作物质端面所形成的光路的等效平面性，如果产生了凸透镜效应则要想办法补偿；2、减小谐振腔和工作物质直径。）10纵模：纵模是指沿谐振腔轴向的稳定光波振荡模式，简单而近似的说，纵模即频率。模的概念()P26开腔中的振荡模式以TEMmnq表征，TEM表示纵向电场为零的横电磁波，m、n、q为正整数，其中q为纵模指数，m、n为横模指数。模的纵向电磁场分布由纵模指数（通常是一个很大的正整

4、数）表征，在驻波型谐振腔中，q代表场在纵向的波节数。横向电磁场分布与横模指数有关。在方形镜谐振腔中，m与n分别代表电磁场在谐振腔横截面上沿x方向和y方向的节线数。在圆形镜谐振腔中，m与n分别代表电磁场在谐振腔横截面上沿幅角方向和径向的节线数。m与n为零的模称作基模，m≧1或n≧1的模称作高阶模。横模与纵模体现了电磁场模式的两个方面，一个模式同时属于一个横模和一个纵模。谐振条件及纵模间隔(P27)当波在镜腔上反射时，入射波和反射波将会发生干涉，多次往复反射时就会发生多光束干涉。为了能在腔内形成稳定振荡，要求波能因干涉而得到加强。发生干涉的条件（又称谐振条件或光腔

5、的驻波条件）是：波从某一点出发，经腔内往返一周再回到原来位置时，应与初始出发波同相（即相差为2的整数倍）。如果以?Φ表示均匀平面驻波在腔内往返一周时的相位滞后，则相长干涉条件可表达为:2?’?????2L?q?2?q（1）10式中，?’‘q为光在真空中的波长；L为腔的光学长度，q为正整数。相长干涉时L与?q的关系为L’?q?q2（2）此式也可用频率vq?c?来表示，遂有qvq?q?c2L’(3)上述表明：L’一定的谐振腔只对频率满足式（3）的光波才能提供正反馈，使之谐振。式（2）式（3）就是F-P腔中沿轴向传播的平面波的谐振条件。满足式（2）的?q称为腔的谐振

6、波长，而满足式（3）vq称为腔的谐振频率。该式表明，F-P腔中的谐振频率是分立的。式（2）表明，达到谐振时，腔的光学长度应为半波长的整数倍，这正是腔内驻波的特征。腔的相邻两个纵模的频率之差?vq称为纵模间隔。?vq?vq?1-vcq?2L’可以看出?vq与q无关，对一定的光腔为一常数，因而腔的纵模在频率尺度上是等距离排列的，腔长L越小，纵模间隔越大热平衡状态：在一定的温度下，电子从低能量的量子态跃迁到高能量的量子状态及电子从高能量的量子态跃迁到低能量的量子态这两个相反过程之间建立起动态平衡，称为热平衡状态。绝对黑体：如果某一物质能够完全吸收任何波长的电磁辐射，

7、则称此物体为绝对黑体，简称黑体。10如图所示的黑体处于某一温度T的热平衡情况下，则它吸收的辐射能量应等于发出的辐射能量，即黑体与辐射场之间应处于能量（热）平衡状态。显然，这种平衡必然导致空腔内存在完全确定的辐射场。这种辐射场称为合体辐射或平衡辐射。黑体辐射的普朗克公式(P9)实现光放大的条件--集居数反转(P15)在物质处于热平衡状态时，各能级上的原子数（或称集居数）服从波耳兹曼统计分布n2?en1（E2?E1）-kbT为简化起见，式中以令f1?f2。因E2?E1所以n2?n1即在热平衡状态下高能级集居数恒小于低能级集居数，如图所示当频率/h的光通过物质时，受

8、激吸收光子数n1W12恒大于受激??（