激光原理与全息技术复习

激光原理与全息技术

复习提纲第1章激光的基本原理1.激光的特点是？（pp:4-6)(1)单色性好(2)相干性好(3)方向性好(4)高亮度注意单色性和相干长度的计算2.光与物质的三种相互作用(pp:6-7)受激吸收；自发辐射；受激辐射3.粒子数反转（集居数反转）(pp:7)要使受激辐射占据主导地位，应该设法改变原子系统所处于热平衡时的分布，使处于高能级的原子数超过处于低能级的原子数，即实现粒子数分布反转。

如何实现？（pp21）“激励”或“泵浦”，光激励，电激励，化学激励等4.激光器的基本结构(pp:8)工作物质，光学谐振腔，激励源5.形成激光的基本条件(pp:9)(1)工作物质在激励源的激励下能够实现粒子数反转；(2)光学谐振腔能使受激辐射不断放大，即满足增益大于损耗的阈值条件；(3)满足驻波条件和频率条件。

6.光谱线的几种加宽形式(pp:14)按原因分类：自然加宽、碰撞加宽和多普勒加宽。按谱线加宽的特点分类：均匀加宽、非均匀加宽和综合加宽注意掌握自然加宽谱线宽度计算公式、碰撞加宽谱线宽度计算公式7、线型函数均匀加宽是洛伦兹型，气体中的非均匀多普勒加宽是高斯型。第2章光学谐振腔

8.光子态？相格？光子简并度？(pp:17-18)由不同特征所决定的光子状态就叫做光量子态，简称光子态。在六维相空间，一个光子状态对应的最小相空间体积元即称为相格。处于同一光子态的平均光子数称为光子简并度，也称为同态光子数。9.什么是增益系数和增益饱和(pp:20-21)增益系数——光通过单位距离后的增长率叫做增益系数，即单位距离光强的相对增长率.增益系数随着光强的增加而减小，这种效应称为增益饱和。10.驻波条件推导谐振频率及其间隔(pp:23)

由整数q所表征的腔内纵向的稳定场分布称为激光的纵模,注意以上公式的计算。P23例题：实现单纵模振荡对腔长的要求11.三能级系统和四能级系统的图示及工作过程分析(pp:19-20)12.谐振条件——激光器的输出频率必须同时满足以下三个条件：(pp:24)(1)频率值必须满足谐振条件，即(2-27)式：(2)频率值必须在工作物质的谱线宽度之内(3)相应的小信号增益系数必须超过阈值，13.纵模，横模从不同侧面反映腔内稳定的光场分布，激光模式用TEMmnq来标志。(pp:24)在垂直于传播方向上某一横截面上形成稳定的场分布，称为横模。横模序数m，n14.光学谐振腔损耗有以下五种(pp:25)A.腔镜反射不完全产生的透射损耗；B.腔镜的吸收和散射损耗；C.腔内插入元件的吸收与散射损耗；这三种损耗，对不同的横模，一视同仁，无选择性D.腔镜大小产生的衍射损耗；E.光线在腔内来回传播产生的几何偏折损耗。后两种损耗，对不同的横模，表现为有选择性，对低阶模损耗小，对高阶模损耗大。15.腔的光子寿命(pp:25)为单程损耗，L‘为谐振腔的光学长度16.光学谐振腔的Q值(pp:26)17.无源腔纵模线宽(pp:26)注意以上公式的计算

18.光学谐振腔各种损耗的计算(pp:26-28)(1)腔镜反射不完全产生的损耗单程损耗R1为全反镜，部分反射镜R2接近于1时，作级数展开可得(2)几何偏折损耗(1)平行腔斜光束的几何损耗(2)平行腔平行度差引起的几何损耗

(3)衍射损耗定义菲涅耳数衍射损耗越大，菲涅耳数越小。19.谐振腔常见腔型结构(pp:29)(1)平行平面腔(简称平平腔)：(2)凹面反射镜腔(简称双凹腔)。(3)平凹反射谐振腔(平凹腔)：(4)平凸反射谐振腔(平凸腔)：(5)双凸反射谐振腔(双凸腔)：20.谐振腔稳定性条件(2-46)式(pp:33)根据计算值，判断腔是稳定、非稳、介稳典型腔型的判断：对称共焦腔（稳定）、平行平面腔（介稳）、共心腔（介稳）21.基模的光斑尺寸和模体积(pp:37)振幅下降到轴上(Z轴)值的1/e时所对应的半径值，称为光斑尺寸。Z=0处光斑尺寸最小，称为光束的腰。模体积是指该激光模式在腔内所占的空间范围。基模体积(P38例题)22.选择基模振荡而抑制高阶横模的技术称为横模选择。横模选择的方法(pp:38-40)1、选择腔型和腔参数2、小孔光阑选模3、反射镜失调选模法……23.解释非均匀增宽中的“烧孔”效应(pp:43)24.解释均匀加宽增益饱和(pp:43)25.兰姆凹陷(pp:44)与对称烧孔效应相联系的是激光的输出功率曲线在中心频率处有一个下陷，称为兰姆凹陷

第3章激光器的工作原理26.解释均匀加宽情况下的纵模模式竞争（图解说明）(pp:45)

27.解释固体激光器的空间烧孔(pp:45-46)28.什么是模牵引效应(pp:48)由于增益介质在中心频率(即共振频率)附近，存在着强烈的色散效应，使实际振荡频率较无源腔的振荡频率更靠近谱线的中心频率。29.纵膜选择的方法(pp:48-50)1、短腔法选纵模2、腔内插入标准具选模3、晶体双折射选模30.调Q(pp:51-53)在激光器开始运转时，先让谐振腔处于低Q值状态，即腔损耗大，激光振荡不能产生，但粒子数随泵浦不断地被抽运到上能级亚稳态上，使亚稳态上的粒子数可以积累到很高的水平，然后使谐振腔Q值突然增大，即使谐振腔的损耗瞬间降低，在腔内迅速建立起极强的振荡，因而在极短的时间内高能级粒子贮存的大部分能量转变为腔内的光能量，此时就输出一个很强的激光脉冲。调Q脉冲量级：ns

调Q的方法——转镜调Q，电光调Q，声光调Q，染料调Q

31.什么是锁模？锁模的好处(pp:53-54)如果能够以某种方式迫使多个振荡模式维持固定的频率间隔与固定的相位，那么激光器的输出将以一种预定的方式随时间变化，这就叫锁模(亦称相位锁定)。相位锁定就是使多纵模激光器各自独立振荡的纵模在时间上有序。锁模脉冲的宽度可以窄到皮秒，甚至飞秒量级(10-15s)，其峰值功率比调Q脉冲要高几个数量级，能输出超短光脉冲序列。32.锁模方法分类：主动锁模和被动锁模(pp:54)主动锁模是在腔中插入一定频率的调制器，对光束进行振幅调制或相位调制；被动锁模是利用腔内的可饱和吸收染料（或吸收气体）来实现主被动同时锁模、同步泵浦锁模、碰撞锁模。33.稳频(pp:54)影响频率稳定的因素（1）腔体振动（2）机械机构的热膨胀（3）腔内光学元件的折射率随温度变化（4）气压的变化引起折射率的变化34.典型激光器的特征波长（判别颜色）激励方式（光激励，气体放电激励......）工作方式（连续，脉冲......）He-Ne激光器，氩离子激光器，氪离子激光器，CO2激光器，He-Cd激光器，红宝石激光器，YAG激光器，半导体激光器等第4章典型激光器件

35.He－Ne激光器的结构类型？及各自的特点？(pp:56-58)一般分为三种，即内腔式、外腔式（含布儒斯特窗）、半外腔(或称半内腔)式。三种结构类型的特点。36.固体激光器的一般组成？固体激光器特有的装置是？(pp:63)固体激光器一般由工作物质、激励源、谐振腔、聚光腔和水冷系统五个部分组成。其中聚光腔是固体激光器特有的装置。37.半导体激光器的特点(pp:67)(1)体积小，重量轻，结构简单而坚固。(2)效率高。(3)发散角大。(4)输出功率小。(5)受温度影响较严重。38.染料激光器最突出的优点是其激光波长在一个较大的范围内连续可调(pp:69)全息部分39.全息照相的特点（利用激光的干涉特性）(pp:73)1、全息图能进行波面的记录和再现，可观测到有实物感的三维立体像。2、全息图不用透镜也能成像。3、全息图弥漫性好。4、一张干板可进行多次记录。5、由于能够立体利用感光材料，因而在小的空间可存贮巨量信息。40.全息照相的基本原理PP：74-75(1)记录过程记录物光和参考光相干叠加后的光强，包含了物光波的相位信息(2)再现过程通常用与参考光全同的在再现光去照射全息图参考光相对物光偏离一定角度时，可以把不需要的共轭像及零级背景光与有用的原始像分开——离轴全息41.全息图的类型(1)按物体与记录介质的位置关系分类(pp:77-78)(2)按记录介质分类(pp:78)(3)按被照物体的种类(pp:79)42全息记录介质基本物理量的概念（