激光基本原理ppt課件-資料下載頁
2025-01-04 20:28本頁面
【正文】 到亞穩(wěn)態(tài) E2。當(dāng) E1為非穩(wěn)態(tài)能級時 ， 粒子經(jīng)受激輻射從 E2能級躍遷到 E1能級后 ， 會很快通過無輻射躍遷回到基態(tài) ， 極易實現(xiàn) E2和 E1之間粒子數(shù)布居反轉(zhuǎn) 。 激光介質(zhì)中粒子數(shù)布居反轉(zhuǎn)的實現(xiàn) E0 抽運 E3 E1 hn 激勵 E2 無輻射躍遷 B21 B12 A21 增益系數(shù)及閾值條件 光束在諧振腔內(nèi)往返一次后的強度： 設(shè)激光器的增益系數(shù)為 G， 諧振腔腔長為 L， 兩個反射鏡的強度反射率分別為 R R2 ， 光束的初始強度 （ z=0處 ） 為 I0 。 增益介質(zhì)中 z處的光強度的增量： 增益介質(zhì)中 z處的光強度： 即 增益要求： 產(chǎn)生激光的閾值條件 （ 諧振腔必須達(dá)到的最小增益 ） ： 說明：由于各種因素的影響 ， 激光器實際輸出的激光并不是理想單色的 ，而是具有一定的頻率寬度 。 通常給出的激光頻率只表示增益介質(zhì)粒子自高能級向低能級躍遷時產(chǎn)生輻射的中心頻率 。 輻射線寬 輻射線寬：激光輻射的光譜范圍寬度 。 頻率增寬類型：自然增寬 ， 碰撞增寬 ， 多普勒增寬 。 (2) 碰撞增寬 增益介質(zhì)中的粒子在激發(fā)態(tài)能級的壽命 t 決定了自發(fā)輻射過程持續(xù)的時間 ， 有限的輻射波列長度意味著該輻射不再是理想的單色輻射 ， 而是具有一定的頻率展寬 。 說明：能級 E2為亞穩(wěn)態(tài)時 ， t 103s， 故 Dn為 kHz數(shù)量級或更小 。 增益介質(zhì)中粒子間距離較小時 ， 粒子間可能發(fā)生碰撞 。 碰撞可加速激發(fā)態(tài)粒子向低能級的躍遷 ， 從而縮短能級的壽命 ， 導(dǎo)致譜線進(jìn)一步加寬 。 自然線寬大?。? 說明：對于氣體介質(zhì) ， 壓強較大時粒子碰撞的幾率增大 ， 因而碰撞增寬的幾率也增大 。 (1) 自然增寬 輻射線寬 對于氣體介質(zhì) ， 由于粒子的熱運動 ， 其輻射將因多普勒效應(yīng)而發(fā)生頻移 。 其中當(dāng)粒子向著探測器運動時 ， 其輻射頻率將比靜止時增大 ， 反之則減少 。 說明： (3) 多普勒增寬 增益介質(zhì)的輻射線寬往往是幾種增寬的綜合 。 但對于不同的增益介質(zhì)和工作條件 ， 各種增寬的貢獻(xiàn)不同 。 如對于氦 氖激光器的 線 ， 在室溫和約 200Pa壓強下 ， 碰撞增寬遠(yuǎn)大于自然線寬 ， 而多普勒增寬又比碰撞增寬大一個數(shù)量級 。 因此 ， 多普勒增寬起主要作用 。 輻射線寬 光波在光學(xué)諧振腔內(nèi)形成穩(wěn)定振蕩的條件：滿足相長干涉條件 ， 形成駐波 。 (1) 縱模 縱模：光場沿諧振腔縱向傳播的不同振動模式 —— 不同頻率的駐波。 ， j=1, 2, 3, L: 為腔長； n：激活介質(zhì)的折射率； j：腔內(nèi)的波腹數(shù) 。 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(zhì)輻射線寬內(nèi) ， 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 。 激光器輸出的頻率個數(shù) （ 縱模數(shù) ） ： 激光的縱模和橫模 橫模：諧振腔內(nèi)光場沿橫向的穩(wěn)定分布。 意義：激光束在腔內(nèi)往返一個來回后能夠再現(xiàn)其自身的一種光場分布狀態(tài) ，一般用 TEMmn表示模式 （ m， n：光斑沿 x和 y方向出現(xiàn)的暗區(qū)數(shù)目 ） 分類：軸對稱模，旋轉(zhuǎn)對稱模。 說明：為獲得高質(zhì)量光束，實驗中一般希望激光器工作在單模輸出狀態(tài)。 (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(jié) 光波模式、光子狀態(tài)、相格、相干性 概念及相互關(guān)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(guān)系 受激輻射的相干性 愛因斯坦三系數(shù) 的相互關(guān)系及所得結(jié)論 1 任何復(fù)雜問題的解決辦法都是從最基本理論、工程或技術(shù)開始 —— 激光的產(chǎn)生就是一個實例
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