激光原理复习题体第六版.doc

WORD文档下载可编辑 专业资料分享 1、Laser：light amplification by stimulated emission of radiation 2、激光的基本特性：方向性好、单色性好、能量集中、相干性好。本质原因是光子的简并度很高。 3、激光器的主要组成部分： 谐振腔：光波的模式选择，提供轴向光波模的反馈 泵浦源：给工作物质能量，即将原子有低能级激发到高能级的外界能量。 增益介质：能实现能级跃迁的物质 黑体：某一物质能够完全吸收任何波长的电磁辐射。 黑体辐射：黑体处于某一温度T的热平衡情况下黑体所吸收的辐射能量应等于发出的辐射能量，这种平衡必然导致空腔内存在完全确定的辐射场，这种辐射场称为黑体辐射 光波模式和光子态：光波的模式和光子的状态是等效的概念。能够存在腔内的驻波（以波矢K为标志）称为腔内的电磁波的模式或光波模。不同的模式以不同的K区分。驻波条件光程差，m为正整数。 光的相干性：在不同的空间点上、在不同的时刻的光波场的某些特性的相关性。 相干长度：光波的相干长度 相干时间：光沿传播方向通过相干长度所需要的时间。相干时间t与光源频带宽度的关系 相干性的结论 相格空间体积以及一个光波模或光子态占有的空间体积都等于相干体积 属于同一状态的光子或同一模式的光波是相干的，不同状态的光子或不同模式的光波是不相干的 光子简并度：同态光子数，同一模式内的光子数，处于相干体积内的光子数，处于同一相格内的光子数 激光的基本物理基础是什么 9、描述能级的光学跃迁的三大过程，并写出它们的特征和跃迁几率 自发辐射：处于高能级的一个原子自发地向跃迁并发射一个能量为hv的光子。有原子自发跃迁发出的光波称为自发辐射 特征表达式：单位时间内自发辐射光子数占能级光子数的比例。 自发跃迁几率用描述 表示能级寿命。只与原子本身性质有关。 受激吸收：处于低能态的原子，在频率为v的辐射场作用下，吸收一个能量为hv的光子并向能态跃迁 受激吸收跃迁概率用描述。与原子性质有关，还与辐射场的有关其中称为受激吸收跃迁爱因斯坦系数他与原子的性质有关，泵浦源的能量密度 特征 受激辐射：处于的原子在频率v的辐射场作用下跃迁至低能态并发射一个能量为hv的光子 受激辐射概率用表示，= 受激辐射产生的场应于外加辐射场具有相同的频率，相位，传播方向 10、爱因斯坦系数：、、只与原子的性质有关 = =当权重=时=即= 什么是热平衡时能级粒子数的分布 玻尔兹曼分布： 产生激光的必要条件：谐振腔，泵浦源，增益介质 粒子数反转：高能级集居数大于低能级集居数的状态。热平衡状态集居数分布满足玻尔兹曼分布只有当外界向物质供给能量从而使物质处于非平衡状态才能实现集居数反转。 激光增益：光通过单位长度激活物质后光强增长的百分数 什么是自激震荡？假设以微弱光进入一无限长放大器。起初，光强慢慢增加，但随着光强的怎家增益系数慢慢减小最后当增益系数等于损耗系数是可求得腔内最大光强，这种不管初始光强多么微弱，只要放大器足够长，就总可形成确定的最大光强 振荡条件：单程小信号增益系数大于单程损耗系数。 谐振腔的谐振条件：波从某一出发点经腔内往返一周再回到原来位置时，与初始出发波同相（及相差为2的整数倍）即，为腔光学长度 纵模的频率，纵模间隔，纵模的数目q= 谐振腔的损耗：几何偏折损耗，衍射损耗，腔镜反射不完全引起的损耗，材料中的非激活吸收散射损耗。其中前两项为选择损耗，后两项称为非选择损耗 单程损耗因子。在无源腔初始光强往返一次光强衰减为则= 光腔内的光子平均寿命 经过时间后腔内光强衰减为初始值的1/e看出越大，越小腔内的损耗越大腔内光强衰减的越快。 无源谐振腔的Q值Q= v为腔内的谐振频率，l表示光腔长度。Q值越大表明损耗越 小 5、熟悉射线矩阵光学，会进行推导。 傍轴光线在腔内完成一次往返总的变化矩阵为 当凹面镜向着腔内时，R取正值；当凸面镜向着腔内时，R取负值 6、激光谐振腔的稳定性条件，其中当凹面镜向着腔内时，R取正值，当凸面镜向着腔内时，R取负值 7、自在现模当通过的孔阑数足够多的时候，镜面上唱的相对振幅和相位分布将不再发生变化。在孔阑传输线中形成的这种稳态场分布就是自在现模。。自再现模经一次往返所发生的相移称为往返相移，该相移等于2∏的整数倍，这就是模的谐振条件 8、本征函数为复数函数，它的模||描述镜面上场的振幅分布，二期辐角arg描述镜面上场的相位分布 本征值：模描述自在现摸的单程损耗，它的辐角描述了自在现模的单程相移 方形镜花斑图样 圆形镜横模的花斑图样 腰斑的大小=、腰斑位置在共焦腔的焦平面处，镜面上的光斑大小=，腔内光斑尺寸大小。等相位面分布的公式光束的远场发散角：基模体积 高阶