激光原理第一章15

1、太原理工大学物理与光电工程学院太原理工大学物理与光电工程学院第五节第五节 激光的特性激光的特性 激光的特性激光的特性 激光的模式激光的模式 激光的空间相干性和方向性激光的空间相干性和方向性 激光的时间相干性和单色性激光的时间相干性和单色性 激光的高亮度激光的高亮度太原理工大学物理与光电工程学院太原理工大学物理与光电工程学院一、激光的特性一、激光的特性单色性、相干性、方向性、高亮度单色性、相干性、方向性、高亮度激光具有很高的光子简并度，在很大激光具有很高的光子简并度，在很大的相干体积内有很高的相干光强。的相干体积内有很高的相干光强。相干性：时间相干性、空间相干性、相干光强相干性：时间相干性、空间

2、相干性、相干光强太原理工大学物理与光电工程学院太原理工大学物理与光电工程学院二、激光的模式二、激光的模式1 1、纵模：光腔模式的纵向、纵模：光腔模式的纵向( (腔轴方向或传播方向的腔轴方向或传播方向的) )的光场的光场E(z)E(z)分布。分布。3 3、激光模式的表示：、激光模式的表示：m m、n n分别表示分别表示x x和和y y方向或辐角和径向方向或辐角和径向方向上光场通过零次的次数。方向上光场通过零次的次数。q q为整为整数，表示轴向驻波的波节数目。数，表示轴向驻波的波节数目。2 2、横模：垂、横模：垂直于直于光光传播方向的横截面传播方向的横截面内内的的光场光场E(x,y)E(x,y)分

3、布分布。mnqTEM00TEM基横模基横模太原理工大学物理与光电工程学院太原理工大学物理与光电工程学院三、激光的空间相干性和方向性三、激光的空间相干性和方向性1 1、关系：方向性越好，则光束的空间相干性越好、关系：方向性越好，则光束的空间相干性越好。方向性描述：用光束发散角。发散角越小，光束方向性描述：用光束发散角。发散角越小，光束 方向性越好。方向性越好。对普通光：只有当光束发散角小于某一限宽即：对普通光：只有当光束发散角小于某一限宽即： 时，光束才具有明显的时，光束才具有明显的x空间相干空间相干性。性。对理想的平面波：对理想的平面波： ，故具有完全的空间，故具有完全的空间 相干性。相干性。

4、02 2、影响激光空间相干性和方向性的因素、影响激光空间相干性和方向性的因素太原理工大学物理与光电工程学院太原理工大学物理与光电工程学院横模的影响横模的影响工作在单横模，则方向性好，同时，同一模式内工作在单横模，则方向性好，同时，同一模式内的光波场是空间相干的；工作在多横模，则方向性的光波场是空间相干的；工作在多横模，则方向性差，同时，不同模式内的光波场是空间非相干的。差，同时，不同模式内的光波场是空间非相干的。基横模基横模TEMTEM0000的发散角小，方向性好。高次横模的发散角小，方向性好。高次横模的发散角大，方向性差。的发散角大，方向性差。工作物质的均匀程度、光腔类型、腔长、激励方工作物

5、质的均匀程度、光腔类型、腔长、激励方式、激光器的工作状态的影响式、激光器的工作状态的影响光衍射效应的影响光衍射效应的影响激光所能达到的最小光束发激光所能达到的最小光束发散角不能小于激光通过输出散角不能小于激光通过输出孔径时的衍射极限角。孔径时的衍射极限角。aam2222. 12a2a：光腔输出孔径：光腔输出孔径太原理工大学物理与光电工程学院太原理工大学物理与光电工程学院受激光器类型的影响受激光器类型的影响气体激光器气体激光器固体激光器固体激光器半导体激光器半导体激光器激光方向性依次变差！激光方向性依次变差！3 3、提高激光空间相干性和方向性的方法、提高激光空间相干性和方向性的方法控制激光器工作

6、在单横基模控制激光器工作在单横基模提高工作物质均匀性、增加腔长等。提高工作物质均匀性、增加腔长等。4 4、激光的空间相干性和方向性对激光聚焦的影响、激光的空间相干性和方向性对激光聚焦的影响空间相干性和方向性越好，则越易被聚焦成小空间相干性和方向性越好，则越易被聚焦成小的光斑，形成高能量密度。的光斑，形成高能量密度。太原理工大学物理与光电工程学院太原理工大学物理与光电工程学院四、激光的时间相干性和单色性四、激光的时间相干性和单色性2 2、关系：单色性越好，则时间相干性越好。、关系：单色性越好，则时间相干性越好。1 1、时间相干性描述复习、时间相干性描述复习相干时间相干时间 相干长度相干长度 线宽

7、线宽 ( (单色性单色性) )ccL3 3、单色性、时间相干性与激光模式的关系、单色性、时间相干性与激光模式的关系(1)(1)对单横模对单横模TEMTEM0000工作的激光器，激光的单色性和工作的激光器，激光的单色性和时间相干性取决于纵模结构和模式的频带宽度。时间相干性取决于纵模结构和模式的频带宽度。纵模数越少，单模线宽越窄，则单色性和时间相纵模数越少，单模线宽越窄，则单色性和时间相干性越好。干性越好。1ccLcc太原理工大学物理与光电工程学院太原理工大学物理与光电工程学院(2)(2)多纵模工作时，单色性差。多纵模工作时，单色性差。(3)(3)单纵模工作时，单色性好。实际的激光器中，单纵模工作

8、时，单色性好。实际的激光器中，单色性的好坏与一系列的不稳定性因素有关，即取单色性的好坏与一系列的不稳定性因素有关，即取决于纵模频率的稳定性或动态单纵模特性。决于纵模频率的稳定性或动态单纵模特性。(4)(4)提高激光时间相干性和单色性的根本措施提高激光时间相干性和单色性的根本措施控制激光器工作在单纵模，且采取稳频措施使其动控制激光器工作在单纵模，且采取稳频措施使其动态单模工作。态单模工作。太原理工大学物理与光电工程学院太原理工大学物理与光电工程学院五、激光的高亮度五、激光的高亮度 激光具有极高的光子简并度，因而具有极高激光具有极高的光子简并度，因而具有极高的单色亮度！的单色亮度！1()PBs 1 1、光源的亮度、光源的亮度B:B:单位截面和单位立体角内发射的单位截面和单位立体角内发射的光功率。光功率。2()PBs 2 2、光源的单色亮度、光源的单色亮度B B：单位截面、单位频带宽：单位截面、单位频带宽度和单位立体角内发射的光功率。度和单位立体角内发射的光功率。太原理工大学物理与光电工程学院太原理工大学物理与光电工程学院 光源的单色