《激光基本原理》ppt課件-預覽頁
【正文】 條紋可見度要高，必須要求光波有明顯的相干性，即要滿足 : xLRx ???物理意義 :光源的線度 不能大于 ! x?xLR?22 ????????? xRLAxc?則相干面積為： 說明： R、 固定時， 越大，則相干面積 Ac越小。 結論 ① 相格空間體積 =一個光波?；蚬庾討B(tài)占有的空間體積 =光源的相干體積。 相干光強：是描述光的相干性的參量之一，其大小取決于具有相干性的光子數的數目或同態(tài)光子的數目。 光子簡并度的等效含義 光子簡并度 =同態(tài)光子數 =同一光波模式內的光子數 =同一相干體積內的光子數 =同一相格內的光子數。 3 激光原理 當 E2E1時 ， N2N1。 (1) 自發(fā)輻射 處于高能級上的原子 ， 總是會自發(fā)地躍遷到低能級上 ， 伴隨輻射出一個頻率為 n 的光子 ， 稱為光的自發(fā)輻射 。 ② 受激輻射與受激吸收 互為逆過程 ，兩者同時發(fā)生，同時存在。 說明： ① 粒子數布居反轉分布只有在非平衡狀態(tài)下才能達到 粒子數布居反轉： N2N1， dN21dN12。 由于自發(fā)輻射 ， 能級 E2上的粒子數 N2將隨時間減少 ， 在 dt內的改變量： 意義： E2上粒子數 N2的減少量與自發(fā)輻射幾率系數 A21的大小有關 ， 經過t=1/A21時間后 ， 將減少到初始值的 1/e。因原子的碰撞和外界干擾，能級的實際壽命要比其自然壽命短幾個數量級。 激光放大器 ：自身不具有光學諧振腔 ， 只能使來自其他激光器輸出的激光信號通過增益介質而獲得單次或有限次的行波式放大 。 激光器的基本結構 激勵源 光學諧振腔 增益介質 激光輸出 激光振蕩器的主要組成： 激光器的基本結構 增益介質：激光器中產生受激輻射的物質 （ 又稱激活介質 ， 可以是氣體 、液體 、 固體或半導體等 ） 。 為了不斷地得到激光輸出 ， 必須不斷地 “ 泵浦 ” 增益介質以維持其粒子數布居的反轉分布 。 (2) 激勵源 激光器的基本結構 光學諧振腔：裝上在增益介質兩端的一對反射率很高的反射鏡 ， 結構相當于一個法布里 珀羅標準具 。 工作原理： 激光器的基本結構 二能級系統(tǒng) 激光介質中粒子數布居反轉的實現 由于 B12=B21， 最終只能達到兩個能級的粒子數相等而使系統(tǒng)趨于穩(wěn)定 ，不能實現兩個能級之間的粒子數布居反轉 。 四能級系統(tǒng) 粒子被從基態(tài) E0抽運到激發(fā)態(tài) E3， 然后通過無輻射躍遷到亞穩(wěn)態(tài) E2。 通常給出的激光頻率只表示增益介質粒子自高能級向低能級躍遷時產生輻射的中心頻率 。 說明：能級 E2為亞穩(wěn)態(tài)時 ， t 103s， 故 Dn為 kHz數量級或更小 。 (1) 自然增寬 輻射線寬 對于氣體介質 ， 由于粒子的熱運動 ， 其輻射將因多普勒效應而發(fā)生頻移 。 如對于氦 氖激光器的 線 ， 在室溫和約 200Pa壓強下 ， 碰撞增寬遠大于自然線寬 ， 而多普勒增寬又比碰撞增寬大一個數量級 。 ， j=1, 2, 3, 激光的縱模和橫模 諧振腔滿足駐波條件的頻率成分： 縱模間隔： 激光的縱模 n0 Δn/2 n Δn/2 ΔnL 說明：由駐波條件確定的頻率只是諧振腔允許的諧振頻率 ， 其中只有落在增益介質輻射線寬內 ， 并同時滿足閾值條件的那些諧振頻率 ， 才能形成穩(wěn)定的激光 。 (2) 橫模 激光的橫模 TEM00 TEM20 TEM03 TEM11 TEM10 TEM01 激光的縱模和橫模 本講小結 光波模式、光子狀態(tài)、相格、相干性 概念及相互關系 光子簡并度 概念 自發(fā)輻射、受激吸收、受激輻射 含義、特點、相互區(qū)別、相互關系 受激輻射的相干性 愛因斯坦三系數 的相互關系及所得結論 1 任何復雜問題的解決辦法都是從最基本理論、工程或技術開始 —— 激光的產生就是一個實例
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