激光小结整理

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1、第一章主要内容：1.光的波粒二象性。2.原子的能级和辐射跃迁。3.光的受激辐射。4.光谱线宽度5.激光形成的条件。1.光的偏振特性：激光器的输出多为线偏振光，而普通光源发出的光基本上是自然偏振光。2.真空中光速、频率和波长之间的关系：3.平面波的行波方程：4.光子的能量公式：，光子能量公式在研究激光的激发时是经常用到的。5.表征电子运动状态的四个量子数：主量子数、辅量子数、磁量子数、自旋量子数。6.波尔兹曼定律（统计规律）：7.辐射跃迁与非辐射跃迁的主要区别：辐射跃迁伴随光子的发射或吸收，遵守跃迁选择定则；而非辐射跃迁并不伴随光子的

2、发射和吸收，不遵守跃迁选择定则。8.普朗克黑体辐射的单色辐射能量密度公式：9.自发辐射、受激辐射和受激吸收之间的关系：10.受激辐射光功率体密度与自发辐射光功率体密度比：11.多普勒效应引起的频率改变：12.自然增宽、碰撞增宽、多普勒增宽之间的关系：①综合增宽是均匀增宽和非均匀增宽的迭加。②均匀增宽包括自然增宽和碰撞增宽，其线型函数为洛伦兹函数。③非均匀增宽主要是多普勒增宽，其线型函数为高斯函数。④气体激光器中自然增宽要远小于碰撞增宽和多普勒增宽。固体激光器中均匀增宽主要是自然增宽。13.工作介质中光强衰减公式：14.工作介质中光强

3、增益公式：15.产生激光必须具备的三个条件：工作物质、激励源、谐振腔。第二章主要内容：1.激光器的主要组成部分——光学谐振腔及其稳定性。2.激光器工作过程的数学模型——速率方程。（1）粒子数密度反转条件（2）均匀介质中的增益系数和增益饱和（3）非均匀介质中的增益饱和（4）激光器的损耗和阈值条件1.共轴球面谐振腔的稳定条件：2.三能级系统和四能级系统的受激发光过程图(2-6)）Δn的饱和效应曲线①.三能级系统：如图(2-4a)，下能级E1是基态能级，上能级E2是亚稳态能级，E3为抽运高能级。其主要特征是激光的下能级为基态，发光过程中下

4、能级的粒子数一直保存有相当的数量。②.四能级系统：如图(2-4b)，下能级E1不是基态能级，而是一个激发态能级，在常温下基本上是空的。其激励能量要比三能级系统小得多，产生激光要比三能级系统容易得多.图(2-4)三能级系统和四能级系统示意图3.均匀增宽介质中粒子数密度反转分布表达式：4.均匀增宽介质增益系数表达式：5.现象：光波I使均匀增宽型介质对各种频率的光波的增益系数都下降同样的倍数；而对非均匀增宽型介质它只能引起某个范围内的光波的增益系数下降，且下降的倍数不同。6.原因：在均匀曾宽情况下，每个粒子对谱线不同频率的增益都有贡献；在

5、非均匀曾宽情况下，单个粒子仅对特定频率处的增益有贡献。图(2-14)非均匀增宽型激光器中的增益饱和图(2-8)均匀增宽型增益饱和曲线4.获得激光所要求的双程放大倍数表达式：第三章主要内容：1.光学谐振腔的衍射理论.2.对称共焦腔内外的光场分布.3.高斯光束传播特性4.稳定球面腔的光束传播特性5.激光器的输出功率6.激光器的线宽极限.7.激光光束质量的品质因子M2.1.本征函数和本征值所代表的含义：（1）本征函数的模代表对称开腔任一镜面上的光场振幅分布，幅角则代表镜面上光场的相位分布。（2）本征值的模反映了自再现模在腔内单程渡越时所引

6、起的功率损耗，幅角与自再现模腔内单程渡越后所引起的总相移有关。2.激光谐振腔的谐振频率公式：3.基横模（TEM00）的光强分布是高斯线型。4.高斯光束的束腰半径表达式：5.有效截面半径表达式：6.远场发散角的表达式：7.任意一个满足稳定性条件的球面腔唯一地与一个共焦腔等价。①假设双凹腔两镜面M1与M2的曲率半径分别为R1和R2，腔长为L，而所要求的等价共焦腔的共焦参数为f。以等价共焦腔中点为z坐标的原点，M1、M2两镜的z坐标为z1和z2，如图(3-10)所示，则有：②如果R1、R2、L满足，不难证明z1＜0、z2＞0、f＞0，这说

7、明给定稳定球面腔可唯一确定一个等价共焦腔。8.兰姆凹陷：图(3-14)P（ν）曲线与“兰姆凹陷”图(3-15)“兰姆凹陷”与管中气压的关系9..荧光线宽产生的原因:(1)能级的有限寿命造成了谱线的自然宽度;(2)发光粒子之间的碰撞造成了谱线的碰撞宽度(或压力宽度)。(3)发光粒子的热运动造成了谱线的多普勒宽度。图(3-16)荧光谱线与理想的单色激光谱线实际的谱线线型是以上三者共同作用的结果，我们把这样的谱线叫做发光物质的荧光谱线，其线宽叫做荧光线宽。10.理想激光器的线宽:激光器稳定工作时，其增益正好等于总损耗。受激过程中产生的光波

8、与原来光波有相同的位相，所以新产生的光波与原来的光波相干叠加，使腔内光波的振幅始终保持恒定，相应的就有无限长的波列，故线宽应为“0”。如果激光器是单模输出的话，那么它输出的谱线应该是落在荧光线宽范围内的一条“线”。图(3-17)激光的