西南科技大学 激光原理重点.doc

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1、1.开放式光学谐振腔损耗种类描述：（1）.几何损耗：不平行于光轴的光线在某些几何结构腔的腔内经有限次往返传播后，有肯能从腔的侧面偏折出去，即使平行于光轴的光线仍然也存在有偏折出腔外的可能。其大小首先取决于腔的类型和几何尺寸。其次，几何损耗的高低依横膜阶次的不同而异。（2）.衍射损耗：由于反射镜几何尺寸有限，因而光波在腔内往返传播时必然因腔镜边缘的衍射效应而产生损耗。当在腔内插入其他光学元件，还应考虑其边缘或孔径的引起的损耗。（3）.腔镜反射不完全引起的损耗：包括镜中的吸收、散射以及镜的透射损耗。（4）.非激活吸收散射等其他损耗：因为激光通过腔内光学元件和反射镜发生非激活吸收、散

2、射等引起。前两种损耗常称为选择性损耗，它随不同横膜而异。后两种损耗称为非选择性损耗，与光波的模式无关。2.传输矩阵对谐振腔稳定区域的判定：按照光线传播通过的光学器件和空间将谐振腔从左至右相乘：=可得ABCD,稳定性条件为：-1<1/2（A+D）<1将矩阵带入，可得：0<(1-L/R1)(1-L/R2)<13.传输矩阵计算：取某一光学元件传输矩阵为M=，则一束初始坐标为x1,方向θ1的光束通过该光学元件后的坐标参数与方向：==M（L）4.高斯光束q因子用法及计算公式：光束在谐振腔中循环一周的变换矩阵ABCD为：=设高斯光束从腔内某一参考面P出发时复参数为q，在腔内往返一周后其复参

3、数的q’则按复参数传输的ABCD定律式可得：q’=Aq+B/Cq+D根据高斯光束在腔内形成自再现模的条件为：q=q’q=Aq+B/Cq+D对q求解：1/q=1/R-i(λ/πω2)。可得高斯膜在参考面上的曲率半径R和光斑半径ω为：R=2B/D-Aω2=（λ/π）（2B/4-(A+D)2）同时可得束腰到参看面的距离z与腰斑半径ω0z=R/1+(λRπω2)2=B(D-A)/2(1-AD)ω02=ω21+（πω2λR）2=Bλ4-（A+D）22π（1-AD）模式匹配：将前后两个谐振腔的本征模式匹配，避免发生模的交叉激发作用而使损耗增加，激发起系统的多模。5.谱线加宽的定义，种类及

4、线性函数：定义：介质自发辐射光谱中每一条谱线是在其对应的原子能级间跃迁的波尔频率附近呈现出某种频率分布。自发辐射的这种特性通常称为光谱线的加宽。线性函数：I0：自发辐射总功率I（v）：频率分布I0=-∞∞I(v)dvg(v,v0)=I(v)/I0=A21(v)/A21A21(v)=A21g(v,v0)g(v,v0)光谱线轮廓形状I（v）=I0g(v,v0),满足的归一化条件-∞∞g(v,v0)dv≡1,可将线性函数理解为自发辐射跃迁几率按照频率v的分布函数。从E2至E1能级自发辐射跃迁总几率为A21，其中分配在频率v处的单位频率间隔内的跃迁几率记为A21（v）。v0为光谱线中心

5、的频率，v为白极值点，看做光谱线宽度，v/v0是度量自发辐射场单色性的优劣。自然加宽：跃迁几率由原子字激发态的平均寿命决定，是原子本身的固有性质。自然加宽可看做介质中一个孤立，静止的原子在自发辐射时所产生的光谱线加宽，是自发过程所固有的，其光谱线具有最小值。寿命加宽：原子处于激发态E2的寿命不仅取决于E2到E1间的辐射跃迁的纯辐射寿命，还与其他的能量衰减过程有关。这种由能级总平均寿命所决定的光谱线加宽通常称为寿命加宽。线性函数和线宽取决于原子激发态的平均纯辐射寿命或平均总寿命。碰撞加宽：辐射原子间，辐射原子与其他辅助气体原子间的碰撞会导致发光过程中广场的相位随即调制的紊乱，导致

6、引起辐射能量衰减率增大。碰撞改变了原子的能量状态，缩减了原子处于激发态的平均寿命。导致光谱线在自然加宽的基础上进一步被加宽。多普勒加宽：由光波的多普勒效应引起的光谱线加宽。固体离子掺杂型激光介质中的谱线加宽：发光的工作粒子以离子形式掺杂于晶体或玻璃基质中，晶格场热振动所引起的频率调制加宽和晶格随机缺陷所引起加宽。液体激光介质中谱线加宽机制：发光物质以分子形式溶解于液体中，由于液体介质具有流体性质且较高密度，工作分子受其他离子碰撞几率大，时间短，引起加宽。均匀加宽：自然加宽、碰撞加宽、压力加宽、热声子加宽（引起谱线加宽物理因素，对介质中每个粒子相同。）非均匀加宽：多普勒加宽、晶格

7、随机缺陷加宽（对每个粒子影响和贡献度不同）差别：（1）.从谱线加宽角度，均匀加宽谱线介质中各粒子间不可区分。非均匀加宽粒子可区分。（2）.均匀加宽谱线每个发光粒子对介质整体谱线内任一频率贡献相同。非均匀加宽谱线中某类发光粒子只对某一特定频率有贡献。（3）.均匀加宽谱线整个介质线性和线宽与任一单个粒子相同，非均匀加宽某类粒子谱线加宽型与线宽不等于所有粒子集合。（4）.当某一频率准色光与介质互相作用，均匀加宽介质中每个工作粒子有相同受激跃迁和极化强度。非均匀加宽介质入射场仅与介质中表观中心频率与