激光复习资料

激光器的基本结构包括三部分，即工作物质、激励能源、光学谐振腔任何一个共焦腔与 无穷多个稳定球面腔等价，而任何一个满足稳定条件的球面腔唯一地等价于一个共焦腔。影响腔内电磁场能量分布的因素有激活介质的光放大作用、腔镜反射不完全介质吸收、衍射损耗4目前世界上激光器有数百种之多，如果按其工作物质的不同来划分，则可分为四大类，它们分别是固体激光器、气体激光器、液体激光器、半导体激光器5He-Ne激光器是典型的四能级系统，有三条主要激光谱线，其激光谱线及波长分别为3St2P 0.6328^2St2P 1.15^3St3P 3.3卯1连续激光器稳定工作时的增益系数是否会随泵浦功率的提高而增加？为什么？不会 因为连续激光器稳定时增益系数为G=G。=g,，go为小信号增益系数，/为腔内光强，/为饱和光强。 1+2〃七 阈因此，当满足阈值条件以后，当外界的泵浦功率增加时，腔内光强增加，引起增益饱和作用，则增益下降。在稳态工作时，激光器的增益系数保持与阈值相等，不会随泵浦功率的提高而增加。2简要叙述激光器稳定出光的过程。答：激光增益介质在激励源的激励下造成一定数目的粒子数反转分布，高能级上的粒子不稳定会产生自发辐射光，增益介质对这些最初始的自发辐射光有一定的增益系数，此时的增益要大于谐振腔的总损耗，光在谐振腔中往返传播一周增加的量大于损耗的量，因此光在谐振腔中逐步得到放大；当光被继续放大到一定强度可与激光器的饱和光强可比拟时，光强使介质的增益系数产生饱和效应，当增益系数逐步下降到等于谐振腔的总损耗系数时，光在腔中往返一次被增加的量等于损耗的量，此时激光器即发出稳定的光强。3为什么一般来说均匀增宽的稳定态激光器的输出通常是单纵模的，而非均匀增宽的稳定态激光器输出通常是多个纵模？答：(1)对于均匀增宽型介质激光器来说，每个发光粒子对形成整个谱线都有贡献。当强度很大的光通过时，它会造成整个增益曲线按同一比例下降，通过增益的饱和效应模式之间会造成谱线竞争，最终只剩下与中心频率靠得最近的那个模式，所以是单纵模的；(2)对于非均匀增宽型介质激光器来说，某一种纵模的光强增强时，增益的饱和效应并不引起整个增益曲线下降，而是在该纵模对应的频率处烧一个孔，所以如果有多个纵模的小信号增益都大于阈值的话，这些纵模都可以建立起自己的振荡，所以非均匀增宽的稳定态激光器输出通常是多个纵模。k Ei①②③④如图所示，E1和E0（基态）分别为激光上下能级，n0和n1分别为上下能级的粒子数密度，谐振腔中传播的单色光能密度为P（假设其线宽毕介质的线型函数的线宽窄得多）图中过程①为泵浦速率为。的抽运过程，②为自发辐射过程，③和④分别为受激辐射和受激吸收过程，自发辐射系数、受激辐射系数、和受激吸收系数分别为A10、B10、B01.试写出E1能级在单位时间内粒子数密度的增加量，并说明表达式中每一项的物理意义。答：%=R0-n1A10-（n1B10-n0B01）从V）其中：n1A10为单位时间通过自发辐射从与能级跃迁到E0能级的粒子数密度，即E］能级上的粒子数密度由于自发辐射减少的量。nB顶pf（V）为单位时间通过受激辐射从E］能级跃迁到E0能级的粒子数密度，即E1能级上的粒子数密度由于受激辐射减少的量；n0B01pfV）为单位时间通过受激吸收从E0能级跃迁到E］能级的粒子数密度，即E1能级上的粒子数密度由于受激吸收增加的量。5什么是黑体辐射？写出Planck公式,并说明它的物理意义

答：黑体辐射：当黑体处于某一温度T的热平衡情况下，它所吸收的辐射能量应等于发出的辐射能量，即黑体与辐射场之间应处于能量（热）平衡状态，这种平衡必然导致空腔内存在完全确定的辐射场，这种辐射场称为黑体辐射或平衡辐射。Planck公式:PvPlanck公式:Pv=8丸hv3 1C3 hvekT—1物理意义：在单位体积内，频率处于v附近的单位频率间隔中黑体的电磁辐射能量。6.如何定义激光增益？什么是小信号增益？大信号增益？增益饱和?答：激光增益定义：设在光传播方向上z处的光强为/。，则增益系数定义为g益系数定义为g=出上，

dzI(z)表示光通过单位长度激活物质后光强增长的百分数。小信号增益：当光强很弱时，粒子数差值侦—0）不随z变化，增益系数为一常数，称为线性增益或小信号增益。大信号增益：在放大器中入射光强I与I（I为饱和光强）相比拟时，g(时，g(l)=g01+—IS为大信号增益。增益饱和：当光强足够强时，增益系数g也随着光强的增加而减小，这一现象称为增益饱和效应。7.求解菲涅尔-基尔霍夫衍射积分方程得到的本征函数和本征值各代表什么?答：本征函数：描述腔的一个自再现模式或横模。其模描述镜面上场的振幅分布，幅角描述镜面上场的