激光原理期末复习

1、激光原理期末复习（2014-6）第一章：概述1. 激光的特性：方向性好、单色好、相干性好、亮度高；方向性、单色性、相干性、亮度的定义；为什么具有这些特性？2. 相干长度的概念及计算：Lc c/ v第二章：激光产生的基本原理1. 自发辐射、受激吸收、受激辐射概念；三种跃迁几率的定义式及 计算；自发辐射和受激辐射的区别；三个爱因斯坦系数之间的关系。2. 激光产生的两个基本（必要）条件：粒子数反转，光学谐振腔（减 少模式数量）；激光产生的两个充分条件：阈值条件，增益饱和。为什么要具备这些条件？3. 以红宝石和Nd:YAG为例，分析三能级系统和四能级系统的构成、 特点；如何实现粒子数反转分布？4. 增

2、益系数的定义和受激辐射光放大的概念。5. 激光器的基本组成：工作物质、谐振腔、泵浦源；各部分所起的 作用。第三章：光学谐振腔与激光模式1. 光学谐振腔的构成：由全反射镜和部分反射镜放置在工作物质两端；特点：侧面开放。2. 共轴球面腔的稳定性条件；稳定腔、非稳腔、临界腔的含义。3. 激光纵模的概念，纵模间隔。4. 激光横模的概念，横模形成的原因，几个低阶横模的光强分布图5. 光学谐振腔的损耗种类：几何损耗，衍射损耗，透射损耗，非激 活吸收损耗和散射损耗；衍射损耗和透射损耗的计算；损耗的最主要 描述方法-平均单程损耗因子。6. 自再现模的概念；自再现模积分方程；积分方程解的物理意义-本征函数代表光

3、场分布，本征值与损耗和相位滞后相联系。7. 方形镜对称共焦腔和圆形镜对称共焦腔的模式特征：基模的光腰半径、镜面上的光束半径、横截面上的光场分布、波面曲率半径、发 散角、谐振频率；9. 一般稳定球面腔的模式特征：等价共焦腔概念、共焦参数、基模光腰半径、光腰位置、发散角、谐振频率的计算；平凹腔共焦参数和 光腰半径的计算。第四章：高斯光束1. 基模高斯光束的表示形式、基本性质，与普通球面波的区别。2. 高斯光束的特征参量：光腰半径和光腰位置，某一位置的光束半 径和波面曲率半径，q参数表示法。它们之间的关系。3. 高斯光束的聚焦：焦斑大小和焦斑位置的计算。第五章：激光工作物质的增益特性1. 谱线加宽线

4、型函数、线宽的定义式；均匀加宽和非均匀加宽的特点，表示式；气体原子自然加宽、碰撞加宽和多普勒加宽的形成原因,线型函数和线宽计算:Vn1s2s2 o(空;八me7.16 10 7 J存22. 速率方程的意义；三能级系统和四能级系统单模速率方程。3. ( 1)增益系数：G 2i n ,与反转粒子数成正比。(2) 增益饱和概念，均匀加宽介质的增益饱和 增益曲线均匀下降，非均匀加宽介质增益饱和的特点-形成烧孔效应。(3) 均匀加宽介质的小信号增益系数和大信号增益系数:Gh (Vi)GH(7(Vh /2)2 Vo)2( Vh /2)2(1I /Is)(4) 非均匀加宽介质的小信号增益系数和大信号增益系数

5、:00(4ln2)(1°)2gi( 1,I 1)g-o)e第六章：激光器的工作特性1.激光器的振荡阈值:(1)阈值增益系数Gt /l ； (2)反转粒子数阈值nt / 211，l为介质长度2. 泵浦阈值：三能级系统和四能级系统连续激光器的阈值泵浦功率 和脉冲激光器的阈值泵浦能量。3. 均匀加宽和非均匀加宽介质振荡(起振)纵模数的计算。4. 均匀加宽介质激光器的输出模式：模式竞争-理想情况下单纵模输出，反转粒子数空间烧孔效应引起多纵模输出。5. 非均匀激光器的输出模式：多纵模输出。6. 连续激光器的输出功率：(1) 均匀加宽介质单纵模(中心频率)输出功率:12 ATI s( q)2gH

6、( q)l（2）非均匀激光器的输出功率：4|n2（ q 0）22非中心频率：P ATI ATI s gmle1中心频率： P ATI 1ATI s（-gml）212（3）兰姆凹陷7. 脉冲激光器弛豫振荡-尖峰结构，形成原因。第七章：激光特性的控制与改善1. 模式选择（1） 激光纵模选取：短腔法，F-P标准具选模，复合腔选模。（2）激光横模选取：小孔光阑法-小孔大小的计算。（3）激光谱线选取：腔镜镀膜法，插入色散元件法。2. 调Q技术（1）调Q的基本思想。（2）调Q技术：电光调Q、声光调Q、可饱和吸收体调 Q（3）调Q脉冲的能量、脉冲宽度、峰值功率与哪些因素有关？3. 超短脉冲技术（1）锁模的基

7、本原理：多纵模振荡、纵模等间隔、相位差恒定。（2）脉冲周期、宽度、峰值功率的计算。（3）锁模方法：主动锁模（利用声光效应的振幅调制锁模），被动锁 模（可饱和吸收体锁模），自锁模（克尔透镜锁模）4. 激光稳频:引起频率漂移的原因-腔长和折射率变化，稳频方法 一兰姆凹 陷稳频。5. 激光调制技术（1）激光调制的概念和特点，外调制的方法-电光调制、声光调制、 磁光调制，内调制（直接调制）的应用-半导体激光器。（2）电光效应的概念-晶体在外加电压作用下，折射率发生各向异 性改变，从而引起通过它的光的偏振态变化；电光效应的应用 -电 光调Q、主动锁模、电光调制；半波电压的意义和计算。（3）声光效应、声光强度调制的原理和方法。第八章：典型激光器1. 固体激光器（1）泵浦方式：灯泵浦、LD泵浦的结构和特点。（2）红宝石激光器的能级结构、吸收谱、发射谱、激光波长。（3）Nd : YAG激光器的能级结构、吸收谱、发射谱、激光波长。（4）掺钛蓝宝石激光器的发光机理，荧光线宽，可调谐特性。2. 气体