激光原理_名词解释

一 名词解释 1.损耗系数及振荡条件损耗系数及振荡条件: ,即。为包括放大器损耗和谐振腔损耗在内的平均损耗0)( m So I g I o g 系数。 2.线型函数线型函数：引入谱线的线型函数，线型函数的单位是 S，括号中的表示线型函数的中心频 p vp vv )( ),(g 0 0 v 率，且有，并在加减时下降至最大值的一半。按上式定义的称为谱线宽度。 1),(g 0 vv 0 v 2 v v 3.多普勒加宽多普勒加宽:多普勒加宽是由于做热运动的发光原子所发出的辐射的多普勒频移所引起的加宽。 4.纵模竞争效应纵模竞争效应：在均匀加宽激光器中，几个满足阈值条件的纵模在震荡过程中互相竞争，结果总是靠近中心频 率的一个纵模得胜，形成稳定振荡，其他纵模都被抑制而熄灭的现象。 0 v 5.谐振腔的谐振腔的 Q 值值:无论是 LC 振荡回路，还是光频谐振腔，都采用品质因数 Q 值来标识腔的特性。定义 。为储存在腔内的总能量，p 为单位时间内损耗的总能量。为腔内电磁场的振荡频率。 p v P wQ 2v 6.兰姆凹陷兰姆凹陷：单模输出功率 P 与单模频率的关系曲线，在单模频率等于 0 的时候有一凹陷，称作兰姆凹陷。 q v 7.锁模锁模：一般非均匀加宽激光器如果不采取特殊的选模措施，总是得到多纵模输出，并且由于空间烧孔效应，均 匀加宽激光器的输出也往往具有多个纵模，但如果使各个振荡的纵模模式的频率间隔保持一定，并具有确定的 相位关系，则激光器输出的是一列时间间隔一定的超短脉冲。这种使激光器获得更窄得脉冲技术称为锁模。 8.光波模光波模：在自由空间具有任意波矢 K 的单色平面波都可以存在，但在一个有边界条件限制的空间 V 内，只能存 在一系列独立的具有特定波矢 k 的平面单色驻波;这种能够存在腔内的驻波成为光波模。 9.注入锁定注入锁定：用一束弱的性能优良的激光注入一自由运转的激光器中，控制一个强激光器输出光束的光谱特性及 空间特性的锁定现象。 （分为连续激光器的注入锁定和脉冲激光器的注入锁定） 。 10. 谱线加宽谱线加宽：实际中的谱线加宽由于各种情况的影响，自发辐射并不是单色的，而是分布在中心频率 附近一个很小的频率范围内。这就叫谱线加宽。 / )( 12EE 11. 频率牵引频率牵引：在有源腔中，由于增益物质的色散，使纵模频率比无源腔纵模频率更靠近中心频率，这种现象叫频 率牵引。 12. 自发辐射自发辐射：处于高能级的一个原子自发的向跃迁，并产生一个能量为的光子 13. 受激辐射受激辐射：处于高能级的一个原子在频率为的辐射场作用下，向跃迁，并产生一个能量为的光 子 14. 激光器的组成部分激光器的组成部分：谐振器，工作物质，泵浦源 15. 腔的模式腔的模式：将光学谐振腔内肯能存在的电磁场的本征态称为 。 16. 光子简并度光子简并度：处于同一光子态的光子数。含义：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 17. 激光的特性激光的特性：1.方向性好，最小发散角约等于衍射极限角 2.单色性好 3.亮度高 4.相干性好 18. 粒子数反转粒子数反转：在外界激励下，物质处于非平衡状态，使得 n2n1 19. 增益系数增益系数：光通过单位长度激活物质后光强增长的百分数 20. 增益饱和增益饱和：在抽运速率一定的条件下，当入射光的光强很弱时，增益系数是一个常数；当入射光的光强增大到 一定程度后，增益系数随光强的增大而减小。 21.Q Q值：值：是评定激光器中光学谐振腔质量好坏的指标品质因数。 22. 纵模：纵模：在腔的横截面内场分布是均匀的，而沿腔的轴线方向即纵向形成驻波，驻波的波节数由 q 决定将这种由 整数 q 所表征的腔内纵向场分布称为纵模 23. 横模：横模：腔内垂直于光轴的横截面内的场分布称为横模 24. 菲涅尔数菲涅尔数：N,即从一个镜面中心看到另一个镜面上可划分的菲涅尔半波带的数目。表征损耗的大小。衍射损耗 与 N 成反比。 25. 自再现模自再现模：把开腔镜面上经一次往返能再现的稳态场分布称为自在现模或横模。 26. 损耗系数损耗系数：光通过单位距离后光强衰减的百分数 27. 自激振荡：自激振荡：不管初始光强多微弱，只要放大器足够长，就总能形成确定大小的光强 Im，满足振荡条件。 28. 多普勒效应：多普勒效应：设一发光原子(光源)的中心频率为 ，当原子相对于接收器以速度 vz运动时，接收器测得的光波 0 频率变为； = 1 + 1 0 29. 多普勒加宽多普勒加宽：由于作热运动的发光原子(分子)所发出的辐射的多普勒频移引起的加宽 30. 谱线加宽：谱线加宽：由于各种因素的影响，自发辐射并不是单色的，而是分布在中心频率附近一个很小的频率范围内。 31. 谱线宽度：谱线宽度：线型函数在 0时有最大值，下降至最大值的一半，对应得宽度。 32. 线性函数：线性函数：归归一化的自发辐射光功率，描述单色辐射功率随频率变化的规律，定义为分布在某一频率附近单 位频率间隔内的自发辐射功率与整个频率范围内的自发辐射总功率之比。用于表示谱线的形状。 33. 均匀加宽：均匀加宽：引起加宽的物理因素对每个原子都是等同的，包括自然加宽、碰撞加宽及晶格振动加宽每个发光原 子都以整个线型发射，不能把线型函数上的某一特定频率和某些特 定原子联系起来，每一发光原子对光谱线 内任一频率都有贡献。 34. 非均匀加宽：非均匀加宽：原子体系中每个原子只对谱线内与它的表现中心频率相应的部分有贡献，因而可以区分谱线上的 某一频率范围是由哪一部分原子发射的，包括气体工作物质中的多普勒加宽和固体工作物质中的晶格缺陷加宽。 35. 激光器振荡阈值：激光器振荡阈值：工作物质自发辐射在光腔内因不断获得受激放大形成振荡所需要的门限条件，可用反转粒子 数密度，阈值增益系数，阈值泵浦功率来表示。 36. ：不满足阈值条件，但处于集居数反转的工作物质对自发辐射光具有放大作用。 37. 增益的空间烧孔效应增益的空间烧孔效应: :在驻波腔激光器中，腔内形成一个驻波场,波腹处增益最小，而波节处增益最大，沿光腔 方向增益系数的这种非均匀分布称为空间烧孔效应 38. 自选模：自选模：设三个纵模 v1，v2，v3 同时起振，随着振荡的持续光强 I1，I2，I3 逐渐增大，当光强足够大， （可 与 Is 比拟时）由于增益饱和，导致增益曲线在各频率处整体下降，结果各纵模由于增益系数小于阈值增益系 数,先后熄灭，最后仅剩下最接近中心频率 vo 的一个纵模维持自激振荡，这一现象称。 39. 模式的空间竞争模式的空间竞争：由于空间烧孔效应的存在，不同的纵模可利用空间内不同的粒子反转数获得增益，从而实现 多纵模振荡。称为。 40. 单模激光器的线宽极限：单模激光器的线宽极限：输出激光是一个略有衰减的有限长波列，具有一定的谱线宽度。由自发辐射产生的无 法排除谱线宽度称为极限线宽。实际激光器中由于各种不稳定因素，纵模频率本身的漂移远远大于极限线宽 41. 总量子效率：总量子效率：发射荧光的光子数/工作物质从光泵吸收的光子数。物理意义：抽运到 E3 的例子，一部分无辐射 跃迁到 E2，另一部分通过其他途径返回基态。到达 E2 的粒子，一部分自发辐射跃迁至 E1 发射荧光，一部分 无辐射跃迁至 E1。 42. 弛豫时间：弛豫时间：某种状态的建立或消亡过程。 纵向弛豫时间 T1：反转粒子数的增长与衰减所需时间。横向弛 豫时间 T2：宏观感应电极化的产生和消亡不是瞬时的。极化强度 P(z, t)较 E(z, t)落后的时间 T2即是横向弛 豫时间。 43. 驰豫振荡驰豫振荡：固体脉冲激光器所输出的并不是平滑的光脉冲，而是一群宽度只有微秒量级的短脉冲序列，即所谓 尖峰”序列。激励越强，则短脉冲之间的时间间隔越小。称作。 44. 反兰姆凹陷：反兰姆凹陷：在饱和吸收稳频中，把吸收管放在谐振腔内，并且腔内有一频率为 1 的模式振荡，若 1 0， 购正向传播的行波及反向传播的行坡分别在吸收曲线的形成两个烧孔。若 1 0 ，刚正反向传播的行波共同 在吸收曲线的中心频率处烧一个孔。若作出光强一定时吸收系数和振荡频率的关系曲线，则曲线出现凹陷，激 光器输出功率出现一个尖锐的尖峰。 二 简答题 1.谱线加宽的类型？什么是均匀加宽，非均匀加宽？他们各自的特点是什么？谱线加宽的类型？什么是均匀加宽，非均匀加宽？他们各自的特点是什么？ 类型:均匀加宽（自然加宽，碰撞加宽，晶格振动加宽） ，非均匀加宽（多普勒加宽，晶格缺陷加宽） ，综合加 宽。 均匀加宽及特点：引起加宽的物理因素对每个原子都是相同的。特点：每个发光原子都以整个线型发射，不能 把线型函数上某一特定原子联系起来。每个发光原子对光谱线内任一频率都有贡献。 非均匀加宽特点：原子体系中每一个原子只对谱线内与他的表观中心频率相应的部分有贡献，因而可以区分谱 线中的某一频率范围是哪一部分原子发射的。 2.什么是激光工作物质的纵模和横模烧孔效应？他们对激光器工作模式的影响。什么是激光工作物质的纵模和横模烧孔效应？他们对激光器工作模式的影响。 在非均匀加宽工作物质中，频率为的强光只在附近宽度约为的范围内引起反转集聚数 v1v1 I I v s v H 1 1 饱和，对表观中心频率处在烧孔范围外的反转集聚数没有影响。若有一频率 V 的弱光同时入射，如果频率 V 处在强光造成的烧孔范围之内，则由于集聚数反转的减少，弱光增益系数将小于小信号增益系数。如果频率 V 在烧孔范围之外，则弱光增益系数不受强光的影响， 、而仍等于小信号增益系数。所以在增益系数-频率曲线上， 频率为处产生一个凹陷。此现象称为增益曲线的烧孔效应。烧孔效应一般使激光器工作于多纵模和多横模 v1 的情况，不利于提高光的相干性但有利于增加光的能量或功率。 3.锁模的目的和意义及其方法。锁模的目的和意义及其方法。 目的是为了得到更窄的脉冲。方法：主动锁模（振幅调制锁模和相位调制锁模） ，被动锁模。 4.简述速率方程所说明的问题及应用情况。简述速率方程所说明的问题及应用情况。 速率方程表征激光器腔内光子数和工作物质各有关能级上的原子数随时间变化的微分方程组。它只能给出激光的 强度特性，而不能揭示出色散(频率牵引)效应，也不能给出与激光场的量子起伏有关的特性。对于烧孔效应、兰姆 凹陷、多模竞争等，则只能给出粗略的近似描述。 5.简述稳定球面腔中横模形成的过程及分布特点。简述稳定球面腔中横模形成的过程及分布特点。 设想一均匀平面波垂直入射到传输线的第一个孔阑上，第一个孔面波的强度分布应该是均匀的。由于衍射，再 穿过该孔后波前将发生变化，并且波束将产生若干旁瓣，也就是说，已不再是均匀平面波了。当它达到第二孔 时，其边缘部分将比中心部分小。而且第二个孔面将不再是等相位面了。通过第二个孔时，波束又将发生衍射 然后经过第三个孔每经过一个孔波的振幅和相位将发生一次改变，通过若干个孔后，波的振幅和相位分布 被改变成这样的形状，以至于他们不再受衍射的影响。当通过足够多的孔阑时，镜面上的场的振幅和相位分布 将不再发生变化，即形成横模。镜面中心附近的场振幅和相位分布可以用厄米特-高斯函数描述。横模在镜面 上振幅分布的特点取决于厄米特多项式和高斯分布函数的乘积。厄米特多项式的零点决定场的节线，厄米特多 项式的正负交替变化与高斯函数随 X,Y 的增大而单调下降的特性决定场分布的外形轮廓。由于 m 阶厄米特多项 式有 m 个零点，因此横模在 X 方向有 m 条节线，沿 y 方向有 n 条节线。 TEMmn 6.简述简述 Q 调制技术原理。调制技术原理。 为了得到更高的峰值功率和窄的单个脉冲，采用 Q 调制技术。它是通过某种方法是谐振腔的损耗因子按照 规定的程序变化，在泵浦激励刚开始的时候，使光腔具有高损耗因子，激光器由于阈值高而不能产生激光振 H 荡，于是亚稳态上的粒子数便可以积累到较高的水平。然后在适当的时刻，使腔的损耗因子突然降到，阈值也 随之突然降低，此时反转集聚数大大超过阈值，手机辐射也迅速的增强。于是在极短的时间内上能级储存的大部 分粒子的能量转变为激光能量，形成一个很强的激光巨脉冲输出。方法：电光调 Q，声光调 Q，被动调 Q。 7.激光器的组成部分及作用。激光器的组成部分及作用。 激光器应该包括光放大器和光谐振腔两部分，但对光腔的作用归结为两点： （1）模式选择。保证激光器的单模振荡，从而提高激光器的相干性。 （2）提供轴向光波模的反馈。 8.q 参数的定义及应用参数的定义及应用 q 参数可以用来分析高斯光束的传输问题；用于分析高斯光束的聚焦和准直；分析高斯光束的自再现变换。 9.电光调节电光调节 q 开关注意的问题开关注意的问题 要获得一高峰值功率的窄脉冲，对同步电路的要求是： a 给出可靠的触发信号去点燃氙灯。 b在点燃氙灯的同时，给出一脉冲信号经过一段延迟时间后，退去 晶体上的电压，打开 Q 开关。延迟时间可靠、准确、可调。c退电压要快开关速度快。 d晶体上加四分之 一波长电压，要求稳定可调。 e保证 Q 开关关的及时。YAG 激光器开始工作时泵浦等上有高压，调制是不要碰 及,实验中激光器输出的光能量高、功率密度大，应避免直射到眼睛。特别是 532nm 绿光。避免用手接触激光器 的输出镜，晶体的镀膜面，膜片应防潮。 10.简述用扫描干涉仪确定激光器输出光中纵横模的原理简述用扫描干涉仪确定激光器输出光中纵横模的原理 扫描干涉仪接受的信号连接到示波器上，拍下示波器上的纵横模分布图。根据干涉序个数和频谱的周期性， 确定哪些模式属于同一个干涉序。在同一个干涉序内，根据纵模的定义，测出纵模频率间隔确定示波器荧光 屏上频率增加的方向，一遍确定同一个纵模序数内哪些模是基横模，哪些是高阶横模。测出不同横模的频率间隔 观察激光器在远处屏上的光斑形状，辨认出每个横模的序数，即 mn。 11.简述简述 Nd：YAG 激光器的结构和输出特性激光器的结构和输出特性 Nd：YAG 激光器以 Nd:YAG 晶体为工作物质，它属四能级系统，并具有量子效率高、受激辐射面大的优点。 其阈值非常小，而且钇铝石榴石晶体还具有较高的热导率，易于散热，因此 Nd：YAG 激光器不仅可以单次脉冲 运转，出功率已超过 1000W，每秒 5000 次重复频率的输出峰值功率已达千瓦以上，每秒几十次还可以高重复率 或者联系运转。目前，Nd：YAG 激光器的最大输重复频率的调 Q 激光器的峰值功率可达几百瓦.。Nd：YAG 激光 器的应用非常广泛，它主要用在加工方面，用于打孔、切割、划片、焊接、阻值微调、打标和表面改性等。 12.Ne 激光器的结构和输出特性激光器的结构和输出特性 He-Ne 激光器的基本结构由激光管和电源两部分组成,其中,激光管主要包括放电管、电极和谐振腔三部分,放电 管是 He-Ne 激光器的核心。放电管通常由毛细管和储气室构成。当在电极上施加高压后,毛细管中的气体开始放电, 使氖原子产生粒子数反转。按照谐振腔与放电管的放置方式不同,可分为内腔式、外腔式和半内腔式 特点： He-Ne 激光器输出连续光,主要工作波段在可见光到近红外区域,其中,最常用的工作波长为 632.8nm(红 光),其次是 1.15m 和 3.39m 以及 1.52m、543.5nm 等。He-Ne 激光器输出光束质量很高,表现为单色性好 (1) g g g g 一镜曲率半径小于腔长一镜曲率半径大于腔长的双凹腔(） 双凹非稳腔 两镜曲率半径之和小于腔长的双凹腔( 12 12 -0 - -1) g g g g 凹面镜曲率半径小于腔长的凹凸非稳腔(满足） 凹凸非稳腔 两镜曲率半径之和大于腔长的凹凸非稳腔（满足 32. .什么是谱线加宽？有哪些加宽类型？加宽机制是什么？什么是谱线加宽？有哪些加宽类型？加宽机制是什么？ 答：(1)谱线加宽(p130)：由于各种因素的影响，自发辐射并不是单色的，而是分布在中心频率附近一个很 2 0 1 = E E 小的频率范围内，这就叫谱线加宽。 (2)加宽类型及机制(p131-140) a)均匀加宽 自然加宽 机制：原子的自发辐射引起的。 碰撞加宽 机制：大量原子（分子、离子）之间的无规则碰撞。 晶格振动加宽： 机制：晶格振动使激活离子处于随周期变化的晶格场，激活离子的能级所对应的能量在某 一范围内变化。 b)非均匀加宽 多普勒加宽 机制：由于作热运动的发光原子（分子所发出）辐射的多普勒频移引起的。 晶格缺陷加宽 机制：晶格缺陷部位的晶格场将和无缺陷部位的理想晶格场不同，因而处于缺陷部位的激 活离子的能级将发生位移，导致处于镜体不同部位的激活离子的发光中心频率不同。 c)综合加宽 气体工作物质的综合加宽 机制：由碰撞引起的均匀加宽和多普勒非均匀加宽。 固体激光工作物质综合加宽 机制：由晶格热振动引起的均匀加宽和晶格缺陷引起的非均匀加宽。 液体工作物质的综合加宽 机制：溶于液体中的发光分子与其它分子碰撞而导致自发辐射的碰撞加宽。 33. .如何理解均匀加宽和非均匀加宽？如何理解均匀加宽和非均匀加宽？ 答：均匀加宽(p131)：引起加宽的物理因素对每个原子都是等同的，对于均匀加宽，每个发光原子都以整个线型发 射，不能把线型函数上的某一特定频率和某些特定原子联系起来，或者说，每一个原子对光谱内任一频率都有贡 献。 非均匀加宽(p135)：原子体系中每个原子只对谱线内与它的中心频率相应的部分有贡献，因而可以区分谱线上 的某一频率是由哪一部分原子发射的。 34. .如何求自然加宽、碰撞加宽和多普勒加宽的线宽？如何求自然加宽、碰撞加宽和多普勒加宽的线宽？ 答：自然加宽线宽(p133)： (为原子在能级的自发辐射寿命) 2 1 2 N s 2 s 2 E 碰撞加宽(p135)： 2 21 1 () 2 111 ()() 2 H H 下能级为基态 下能级为激发态 多普勒加宽：(M 为原子量) 11 7 22 00 2 2 2(ln2)7.16 10() b D k TT mcM 36. .说明均匀加宽和非均匀加宽工作物质中增益饱和的机理，并写出激光增益的表达式。说明均匀加宽和非均匀加宽工作物质中增益饱和的机理，并写出激光增益的表达式。 答：均匀加宽增益饱和机理(p154) 在均匀加宽情况下，每个粒子对谱线不同频率处的增益都有贡献，也就是说均匀加宽的激光工作物质对各种 频率入射光的放大作用全都使用相同的反转粒子数，因此强光会导致反转集居数密度的下降，而反转集居数密度 的下降又将导致弱光增益系数的下降，结果是增益在整个谱线上均匀地下降。 均匀加宽增益表达式： 1 1 0 1 ( ) ( ,) 1 ( ) H H s g gI I I 非均匀加宽增益饱和机理 原子体系中每个原子只对谱线内与它的表现中心频率相应的部分有贡献，因而可以区分谱线上的某一频率范 围是由哪一部分原子发射的，包括气体工作物质中的多普勒加宽和固体工作物质中的晶格缺陷加宽。非均匀加宽 增益表达式： 1 1 0 10 1 1 ( ,) ( ,) 1 ( ) i i s g gI I I 37. .饱和光强的含义？怎样定义的？饱和光强的含义？怎样定义的？ 答：(p151)饱和光强的物理意义是：当入射光强度可以和比拟时，受激辐射造成的上能级集居数 1 () s I 1v I 1 () s I 衰减率才可以与其它弛豫过程（自发辐射及无辐射跃迁）相比拟。因此当时，与光强无关，而当 11 ( ) vs II vn 可以和相比拟时，随着的增加而减少，减少到小信号情况下的倍。 1v I 1 () s In 1v In 1 1 1 1 ( ) s I I 定义： 01 1 2112221122 ( ) ( ,)( ,) s hh I 38在强光入射下，均匀加宽和非均匀加宽工作物质中，弱光的增益系数如何变化？在强光入射下，均匀加宽和非均匀加宽工作物质中，弱光的增益系数如何变化？ 答：(1)均匀加宽物质中 频率为的强光入射不仅使自身的增益系数下降，也使其它频率的弱光的增益系数也以同等程度下降，结果 1 是增益在整个谱线上均匀的下降。 (2)非均匀加宽工作物质中 频率为的强光入射时，会形成以为中心，宽度为的烧孔，若入射频率为的弱光处在烧孔 1 1 1 1 v H s I I 造成的烧孔范围之内，则弱光增益系数将小于小信号增益系数，若处于烧孔范围之外，则弱光增益系数不受强 光的影响仍等于小信号增益系数。 39. .描述非均匀加宽工作物质中的增益饱和的描述非均匀加宽工作物质中的增益饱和的“烧孔效应烧孔效应” ，并说明原理。，并说明原理。 答：(1)描述(p157):对于非均匀加宽工作物质中，在其增益曲线曲线上，在频率处产生一个凹陷， 1 ( ,) iv gI 1 凹陷宽度约为，频率处的凹陷最低点下降到小信号增益系数的倍，以上现象称为增益 1 1 v H s I I 1 1 1 2 (1) s I I 曲线的烧孔效应。 (2)原理：在非均匀加宽工作物质中，频率的强光只在附近宽度约为的范围内引起反转集居 1 1 1 1 v H s I I 数的饱和，对表观中心频率处在烧孔范围外的反转集居数没有影响。若有一频率为的弱光同时入射，如果频率 处在强光造成的烧孔范围之内，则由于反转集居数的减少，弱光增益系数将小于小信号增益系数。如果频率 处于烧孔范围之外，则弱光增益系数不受强光的影响而仍等于小信号增益系数，所以在增益曲线 曲线上，在频率处产生一个凹陷，凹陷宽度约为。 1 ( ,) iv gI 1 1 1 v H s I I 40. .激光器的振荡条件是什么？稳定工作条件？激光器的振荡条件是什么？稳定工作条件？ 答：(1)振荡条件：满足腔的谐振条件，成为腔的梳状模之一；频率落在工作物质的谱线范围内，即对应增益系数 大于等于阈值增益系数。 (2)稳定工作条件：增益系数等于于阈值增益系数 41. .为什么三能级系统比四能级系统需要更强的激励？为什么三能级系统比四能级系统需要更强的激励？ 答(p168)：这是因为四能级系统系统的激光下能级为激发态，所以只需把个粒子激励到能级就可0 l n l n 2 E 以使增益克服腔的损耗而产生激光。而在三能级系统中，激光下能级是基态，至少要将个粒子激励到 21 21 / 1/ ff n ff 能级上去，才能形成集居数反转，所以三能级系统的阈值能量或阈值功率要比四能级系统大得多。 2 E 42. .在均匀加宽和非均匀加宽激光器中模式竞争有什么不同？在均匀加宽和非均匀加宽激光器中模式竞争有什么不同？ 答：(p170-171)均匀加宽激光器中只要有几个满足阈值条件的纵模，就会在振荡过程中相互竞争，结果总是靠近中 心频率的一个纵模得胜，形成稳定振荡，其它纵模都被抑制而熄灭。因此理想情况下，均匀加宽稳态激光器的 0 输出应是单纵模的，单纵模的频率总是在谱线中心频率附近。 非均匀加宽激光器中也存在模式竞争，当纵模形成的烧孔重叠时会发生竞争，竞争模的输出功率无规则起伏。 46. .为什么存在线宽极限？它取决于什么？为什么存在线宽极限？它取决于什么？ 答：(1)(p180-181)由于存在着自发辐射，稳定振荡时的单程增益略小于单程损耗，有源腔的净损耗不等于零，虽 s 然该模式的光子数密度保持恒定，但自发辐射具有随机的相位，所以输出激光是一个具有衰减的有限长波列， l N 因此具有一定的谱线宽度，这种线宽是由于自发辐射的存在而产生的，因而是无法排出的，因此称为线宽极 s 限。 (2)取决于输出功率、损耗及腔长。 输出功率越大，线宽就越窄；减小损耗和增加腔长也可以使线宽变窄。 48.长度为长度为的红宝石棒置于长度为的红宝石棒置于长度为的光谐振腔中，红宝石的光谐振腔中，红宝石谱线的自发辐射寿命谱线的自发辐射寿命，10cm20cm694.3nm 3 4 10 s s 均匀加宽线宽为均匀加宽线宽为，光腔单程损耗因子，光腔单程损耗因子。求：（。求：（1）中心频率处阈值反转粒子数密度）中心频率处阈值反转粒子数密度； 5 2 10 MHz0.2 t n （2）当光泵激励产生反转粒子数密度）当光泵激励产生反转粒子数密度时，有多少个纵模可以振荡？（红宝石折射率为时，有多少个纵模可以振荡？（红宝石折射率为 1.76）1.2 t nn 解：(1) 阈值反转粒子数密度为 22 2 21 4 Hs t n ll 21123 72 42 101.764 100.2 10 (694.3 10 ) 173 4.06 10 cm (2) 按照题意,若振荡带宽为,则应该有1.2 mt gg 由上式可得 10 0.2