[工學(xué)]01第一章激光原理與技術(shù)(2)-文庫吧資料
2025-04-20 00:40本頁面
【正文】 (l ??f ) +???? ? ??w 0 39。 例 設(shè) HeNe激光器腔長 L分別為 、 , 氣體折射率 n≈1,試求縱模頻率間隔各為多少 ? ????=? C 2 nL L = 0 . 30 m , Δ ν 1 = 3 10 8 2 1 0 . 3 =?5? ?10?8?H??L = , Δ ν 2 = 3 10 8 2 1 =?1?.?5? ?10?8?H??2. 激光的橫模 定義 光場在橫向不同的穩(wěn)定分布 模式一般用 TEMmnq表示： 對稱 m 軸向 X向暗條紋數(shù) n Y向暗條紋數(shù) q 縱模數(shù) 旋轉(zhuǎn) 圓周向暗條紋數(shù) 徑向暗條紋數(shù) 縱模數(shù) 激光橫模形成的主要因素是諧 振腔兩端反射鏡的衍射作用 167。也可理解為：同一光源的光經(jīng)過 不同的路徑到達(dá)同一位置，尚能發(fā)生干涉，其經(jīng)過 的時間差 τ c 稱為相干時間 兩列光波間允許的最大光 程差稱為相關(guān)長度 L c = c Δ t = c / Δ ν = λ 2 / Δ λ ??c =?Lc / c ????c =?1 例 1 : HeNe laser 的線寬和波長比值為 107 求 Michelson干涉儀的最大測量長度是多少？ 解： Lc =?? 2 / ???=? 最大測量長度為 Lmax=Lc/2= （同時異地） 定義： 同一時間，由空間不同的點發(fā)出的光波的相干性 以楊氏實驗為例 ① 狹縫間距一定 產(chǎn)生干涉條件 bd / R λ / 2 光源臨界寬度 b c = λ R / d = λ / Δ θ 楊氏雙縫干涉 ② 光源寬度一定 狹縫最大允許距離即橫向相關(guān)長度可表示為 d c =?? R / 2b =???/ ???一般尺寸為 100um的矩形汞弧燈光源，當(dāng)針孔屏距 ，橫向相干長度為 ，激光器的橫向相 干長度可達(dá) 100m以上 五、激光的橫模和縱模 光波在諧振腔中應(yīng)滿足駐波條件 nL = q ??????2 ( k = 1 , 2 , 3 ...) ????=? C 2 nL 可以存在的縱模頻率為 ????=? c ????=??? c 2 nL 相鄰兩個縱模頻率的間隔為 ???=? C 2nL 每一個諧振頻率的振蕩 ,成為一個模式 沿軸向傳播的振動模式 ,稱為軸向模式 ,簡稱軸模 或者縱模 諧振腔的腔長、增益介質(zhì)的增益曲線一定，因此只有 落在增益大于損耗大大的諧振頻率才能形成激光。Sr 激光是最亮的光 請勿對準(zhǔn)眼睛 聚焦強(qiáng)度 光壓 加速度 磁場 10 20 W/cm 10 12 bar 10 21 g 10 16 W/cm 1bar g 超快超強(qiáng)激光可形成的物理條件 激光可形成 自然界存在 聚焦強(qiáng)度 光壓 加速度 磁場 10 20 W/cm 2 2 10 12 bar 10 21 g 10 9 9 Gauss 10 16 W/cm 2 2 1bar g 三、單色性 單色性是指光強(qiáng)按頻率 (波長 )的分布狀況 激光的頻率受以下條件影響： ? 腔長變化 ? 泵浦 ? 溫度 ? 震動 ? 能級分裂 激光單色性的好壞可以用頻譜分布的寬度 Δν= ν2 ν1(線寬 )描述。Sr 大功率脈沖激光 10 14 10 17 W/cm 2 激光的基本物理性質(zhì) 一、激光的方向性 通常用發(fā)散角來描述 定義 2??????常見光源發(fā)散角 : 光源發(fā)出的所有光線中兩光線 日光燈 : 之間的夾角的最大夾角 也可用空間立體角來表示 氣體激光 : 固體激光 : 半導(dǎo)體激光 : 10 3 106 10 2 510 102 激光的方向性好壞 ,直接關(guān)系到準(zhǔn)直、聚焦 常見光源的發(fā)散角 激光的方向性 ? ? ? ? 二、激光的高亮度 亮度定義 : 單位面積的光源在單位時間內(nèi)向著其法線方向上 的單位立體角范同內(nèi)輻射的能量 B = ?????????????? 單位 : W/cm 2 .Sr 太陽光的亮度約為 難點在于探索合適材料，實現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)。 關(guān)鍵問題：（ 1）光諧振腔？封閉微波腔幾何尺寸 ~λ （ 2）合適的材料 湯斯、普羅霍羅夫分別獨立提出開放式光諧振腔概念 Fabryperot標(biāo)準(zhǔn)具 拋棄了微波技術(shù)的傳統(tǒng)概念 借助了光學(xué)已有的概念和技術(shù) 發(fā)明光腔 1958年 12月， Townes和 Schawlow發(fā)表文章，提 出了實現(xiàn) Laser的可能性。 Bloembergen借用他人 的思想用到量子電子 學(xué)領(lǐng)域。 微波振蕩器具有 極高的（頻率）波長 穩(wěn)定度 —— Cs原子鐘 微波激射放大器 Maser—— Microwave Amplification by Stimulated Emission of Radiation 量子電子學(xué)誕生！ 自此以后，在激光領(lǐng)域內(nèi)一大批勇于創(chuàng)新，勇于實踐 的人不失時機(jī)地發(fā)明創(chuàng)造，推動激光技術(shù)的發(fā)展。 ? 1947年美國物理學(xué)家蘭姆等人指出在 粒子數(shù)反轉(zhuǎn)的境況下會出現(xiàn)負(fù)吸收。 四、激光產(chǎn)生的基本條件及閾值條件 三要素 : 1. 泵浦 2. 增益介質(zhì) 3. 諧振腔 閥值條件 : 光在諧振腔來回往返一次所獲得光增益必須大 于或者等于所遭受的各種損耗之和 . 激光發(fā)明簡史 ? 1928年 ,登伯格和科夫曼首次從實驗上 證實了受激輻射的存在。 二者幾率分別與上能級粒子數(shù)密度和下能級粒子數(shù)密度成正 比。 相干光 當(dāng)光與原子相互作用時，總是同時存在這 三種過程 當(dāng)光與原子相互作用時，總是同時 存在這三種過程 光場能量 可能達(dá)到平衡 自發(fā)輻射 受激輻射 受激吸收 粒子能量 也可能達(dá)不到平衡 167。 受激輻射：受激輻射產(chǎn)生的光子與引起受激輻射的 外來光子具有相同的特征（頻率、相 位、振動方向及傳播方向均相同）。各原子自發(fā)輻射發(fā)出的光彼此獨立，頻率、振動方 向、相位不一定相同 —— 為
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