《光电子技术复习》PPT课件

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1、第一章激光原理概论2认识光的本性两种学说牛顿（Newton）为代表的微粒说，认为光是由发光体发出的光粒子（微粒）流所组成的，这些微粒与普通的实物小球一样遵从相同的力学规律。惠更斯（C.Huygens）为代表的波动说，认为光和声一样是一种波动，是由机械振动的传播而引起的一种波动。3光子的基本性质(1)光子具有能量E，而这种能量与一定的光频率相对应。（，普朗克常数）(2)光子具有质量，但光子静态质量，光子动态质量与光子能量（或光的波长）的关系为4原子数目按能级的分布假设原子有n个能级，每个能级的能量用Ｅi表示，i=1,2,3…则处于第i个能级的原子数为玻尔兹曼常数K=1.381×10

2、-23J/K在热平衡状态时，处于两个能级上原子数目的比为即在常温热平衡状态下，几乎全部原子处于基态，这种分布是原子在能级上的正常分布．5跃迁1、自发辐射2、受激吸收3、受激辐射6１、自发辐射处于高能级E2的原子是不稳定的，即使没有外界的作用，也会自动地跃迁到低能级E1，并发射一个频率为，能量为的光子，这种跃迁称为自发辐射。初态终态E2E1E2E1自发辐射光7自发辐射光是非相干的自发辐射是不受外界辐射场影响的自发过程，各个原子在自发跃迁过程中是彼此无关的。自发辐射光是非相干的荧光。普通光源的发光过程就是处于高能级的大量原子的自发辐射过程。8２、受激吸收处于低能级E1的原子，在频率为

3、，能量为的外来光子的激励下，吸收一个能量为的光子，并受激跃迁到高能级E2，这种过程称为受激吸收过程。E2E1E2E1初态终态入射光原子吸收入射光子并跃迁至高能级9３、受激辐射处于高能级E2的原子，在频率为，能量为的外来光子的激励下，受激跃迁到低能级E1，并发射一个能量为、且与外来激励光子处于同一光子态的光子，这两个光子又可以去诱发其他发光原子，产生更多状态相同的光子。这样，在一个入射光子作用下，就可以产生大量运动状态相同的光子。这种过程称为受激辐射过程。入射光入射光受激辐射光E2E1E2E1初态终态10受激辐射光是相干的受激辐射是在外界辐射场激励下的发光过程受激辐射光子与激励光子

4、属于同一光子态（受激辐射所发出的光子在频率、相位、偏振方向上与激励光子高度一致）114受激辐射与自发辐射的本质区别最重要的区别：光辐射的相干性自发辐射：所发射的光子的频率、相位、振动方向、传播方向都有一定的任意性受激辐射：所发出的光子在频率、相位、振动方向上、传播方向与激发的光子高度一致，即有高度的简并性12激光的特点(1)极好的方向性（θ≈10-3rad)(2)优越的单色性(Δν=3.8*108Hz,是单色性最好的普通光源的线宽的105倍.(3)极好的相干性(频率相同,传播方向同,相位差恒定)(4)极高的亮度光亮度:单位面积的光源,在其法向单位立体角内传送的光功率.13二激光器

5、的基本结构激励能源谐振腔工作物质激光z一.激光产生的必要条件粒子数反转分布141.激光工作物质提供形成激光的能级结构体系，是激光产生的内因2.泵浦源提供形成激光的能量激励，是激光形成的外因3.光学谐振腔为激光器提供反馈放大机构，使受激发射的强度、方向性、单色性进一步提高15激活粒子的能级结构1、三能级系统氩离子激光器红宝石激光器162、四能级系统钕玻璃激光器及掺钕钇铝石榴石氦氖璃激光器及二氧化碳激光器17红宝石激光器产生激光的过程⑴Cr3+的受激吸收过程．⑵无辐射跃迁⑶粒子数反转状态的形成⑷个别的自发辐射⑸受激发射⑹激光的形成能级图产生694.3nm的红光且相干性好的单模输出18

6、模式是能在腔内存在的、稳定的光波基本形式a.有确定的频率b.振幅在空间的相对分布是确定的，不随时间而改变c.相位在空间的相对分布是确定的，不随时间而改变（1）纵模沿腔轴方向传播的模式（2）横模垂直腔轴方向的场分布模式的概念19⑴纵模定义：沿腔轴方向传播的模。20平平腔中沿轴向传播的平面波的谐振条件表明：谐振腔只对特定频率ν的光波具有选择放大作用激光单色性好的一个原因21⑵纵模间隔纵模频率是分立的，相邻纵模频率之差称为纵模间隔表明：纵模的间隔只与腔长L和激活介质的折射率系数n有关，与q无关22对一给定的腔长和激活介质的谐振腔来说，腔内可能存在的光波是一系列等频率间隔的单色波23(2

7、)横模光波在垂直于其传播方向的横向分布的场不同横模振荡频率不同垂直与其传播方向的横向X-Y面内的场分布不同表示方法M=0,n=0基模M>0,n>0高阶模第2章激光谐振腔技术选频及稳频技术25开放式光学谐振腔侧面敞开，没有光学边界轴向尺寸（腔长）远大于振荡波长，一般也远大于横向尺寸（反射镜的线度）26光腔损耗⑴几何损耗：与腔形的有关⑵衍射损耗：由于腔内有限孔径的存在（反射镜、工作物质的有限截面、腔内插入光学元件或腔内安放光栏等）使腔内光能逸出腔外⑶透射损耗⑷其它损耗：反射镜的吸收、