激光原理复习提纲

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1、1、激光的基本特性：单色性好；方向性好；强度高；相干性好。2、原子能级与简并度答：原子能级：电子在原子系统中运动时，可以处在一系列不同的壳层状态运动时，相应地有一系列分立的不连续的能量。简并度：两个或两个以上的不同运动状态的电子可以具有相同的能级,这样的能级叫做简并能级。同一个能级所对应的不同电子运动状态的数目，叫作简并度。3、热平衡时的能级粒子数分布答：4、能级的三个跃迁过程，特征和跃迁几率、爱因斯坦系数5、自然增宽、碰撞增宽、多普勒增宽、均匀增宽、非均匀增宽以及其影响因素6、产生激光的三个必要条件答：1.激励能源

2、；2.亚稳态物质；3.光学谐振腔。7、光学谐振腔的稳定条件，什么是稳定腔和非稳腔，什么是自再现模。答：稳定腔：腔中任一束傍轴光线经过任意多次往返传播而不逸出腔外的谐振腔。非稳腔：腔中任一束傍轴光线经过任意多次往返传播会逸出腔外的谐振腔。自再现模：光束在谐振腔经过多次反射，光束的横向场分布趋于稳定，场分布在腔内往返传播一次后再现出来，反射只改变光的强度大小，而不改变光的强度分布。8、能画出圆形镜、方形镜几个横模的光斑花样答：9、三能级系统和四能级系统，粒子的抽运跳跃过程，以及两者区别(P48)区别:比起三能级系统来，四

3、能级系统对光激励能量的要求就没那么高。10、什么是粒子数反转？如何实现答:粒子数反转：把处于基态的原子大量激发到亚稳态E2，处于高能级E2的原子数就可以大大超过处于低能级E1的原子数，从而使之产生激光。（1）、泵浦功率大，抽运速率必须足够快（2）、有亚稳态能级存在，且能级寿命长的好。11、什么是增益？什么是小信号增益？什么是增益饱和答：光的放大叫做增益。小信号增益是在入射光的光强很小时的增益。增益饱和：当入射光的光强增大到一定程度后，增益系数随着光强的增大而减少。12、什么是烧孔效应，什么是兰姆凹陷。其产生机制是什么

4、？答：增益系数在和处下降的现象称为增益系数的”烧孔效应”13、激光器的损耗有那些？是什么原因造成的答：内部损耗：在增益介质内部由于成分不均匀，粒子数密度不均匀，或者有缺陷，光波通过这样的节制时就会发生折射、散射，使部分光波偏离原来的传播方向，造成光能量的损耗。镜面损耗：由镜面上透射出来作为激光器对外输出的t1I（或t2I），镜面的散射、吸收，以及由于光的衍射使光束扩散到反射镜范围以外而造成的损耗。14、如何计算对称共焦腔的主要参量：束腰半径、镜面光束半径、曲率半径、远场发散角等等。1、为什么会存在激光器的线宽极限答：

5、由于自发辐射造成的激光线宽是消除了其他各种是激光器线宽增加的因素后，最终可以达到的最小线宽。2、纵模间距和模式数目（注意：视为有10个纵模；单纵模条件：）3、熟悉单纵模选取的方法4、影响激光器频率稳定的因素？怎样可以实现稳频？答：影响因素：腔长变化、折射率的变化。稳频方法：1、利用热膨胀系数低的材料制作谐振腔的间隔器；或将热膨胀系数为负值的材料与热膨胀系数为正值的材料按一定长度配合，以使热膨胀互相抵消，实现稳频。2、把单频激光器的频率与某个稳定的参考频率相比较，当振荡频率偏离参考频率时，鉴别器就产生一个正比于偏离量的

6、误差信号，该信号经放大后又通过反馈系统返回来控制腔长，使振荡频率回到标准的参考频率上，实现稳频。5、高斯光束聚焦、准直、扩束的结果理解和应用答：6、电光调制原理答：电光调制是利用某些晶体材料在外加电场作用下折射率发生变化的电光效应而进行工作的。根据加在晶体上电场的方向与光束在晶体中传播的方向不同，可分为纵向调制和横向调制。7、什么是调Q技术？原理和目的是什么？简单了解电光调Q、声光调Q等答：调Q技术是：用调节谐振腔的Q值以获得激光巨脉冲的技术原理和目的：采用某种办法使谐振腔在泵浦开始时处于高损耗低Q值状态，这时激光振

7、荡的阈值很高，粒子密度反转数即使积累到很高水平也不会产生振荡；当密度反转数达到其峰值时，突然使腔的Q值增大，将导致激光介质的增益大大超过阈值，极其快速地产生振荡。这时储存在亚稳态上的粒子所具有的能量会很快转换为光子的能量，光子像雪崩一样以极高的速率增长，激光器便可输出一个峰值功率高、宽度的激光巨脉冲。电光调Q：利用晶体的电光效应作为Q开关的元件。声光调Q：在激光谐振腔内放声光偏转器，当光通过介质中的超声时，由于衍射造成光的偏折，就会增加损耗而改变腔的Q值。8、什么是锁模技术？原理和目的是什么？其周期等参数的计算答：锁

8、模技术是进一步对激光进行特殊的调制，强迫激光器中振荡的各个纵模的相位固定，使各模式相干叠加以得到超短脉冲的技术。目的：得到脉宽为飞秒量级、峰值、功率高于T瓦量级的超短激光脉冲。周期：T=2L/C脉冲宽度：T/（2N+1）光强：I=（2N+1）^2*E9、对几个典型固体激光器和气体激光器的理解（工作物质、波长、特点）答：答：固体激光器：1、红宝石