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文档简介
Part-1:LasersBasisUnit1IntroductiontolasersUnit2InteractionbetweenlightandmatterUnit3AmplificationoflightUnit4FromamplifierstooscillatorsUnit5OpticalpropertiesoflasersUnit6SpectraldistributionoflaseremissionUnit7PulsedlasersUnit8-9Diodelasers:semiconductorfundamentalsUnit10SemiconductordiodelasersUnit11Specificlasers#Unit1
IntroductiontoLasers
ApplicationsoflasersWhatissospecialaboutthelaser?BlackbodyDensityofmodesOpticalradiationandopticalmodesBlackbodyemissionspectrum#ApplicationsoflasersTelecommunicationsMedicineManufacturingMilitaryConsumergoodsBasicresearch#Whatissospecialaboutthelaser?
Highopticalpowerslasercanbefocussedtoverysmallspots
CollimationoftheopticalbeamThelightpropagateslargedistancesasa‘parallel’beamwithoutdivergingmuch.#
Monochromaticityorspectralpurity
Applications:spectroscopyandremotesensing.CoherentlightCoherenceisrelatedtothephasestabilityoftheelectro-magneticwaveThephaseofthewavesislockedtogetherforacertaindistance,calledthecoherencelength.#PulselengthVeryshortopticalpulses:10fsByrelyingonthepropertiesoflightwavesinaresonantcavity,itispossibletoproducelightpulsesthatareonlyabout10fslong.Extremelyshortlaserpulsesareusedtostudythedynamicsofatomicsystemsandnon-linearoptics.#BlackbodyAblackbodyisaperfectly‘black’object.Itisanobjectthatabsorbsallradiationthatfallsonit.Inthermalequilibrium,intheabsenceofthermalconductionandconvection,absorptionandemissionofenergyareexactlybalanced.Theradiationcomingfromablackbodyiscalledthermalorblackbodyradiation#Thermalradiationisnot(only)ofacademicinterest.ItexplainstheradiationfromtheSun,thelightbulbthemoderndigitalthermometersmeasurethetemperatureofthehumanbody.Ifweknowthenumberofmodes,wecancalculatetheshapeandmagnitudeoftheblackbodyemissioncurve.#BlackbodyDensityofmodesOne-dimensionalcavity.Thenumberofmodes:thedensityofmodes:#DensityofmodesAthree-dimensional(3D)cavityThedensityofmodesin3Das:#M.Planck,1858―1947,1900,1918Plancksuggestedhisnowfamoushypothesis:themode,atfrequency
,couldonlyhaveenergyinintegermultiplesofh.Foramodeoscillatingatafrequency
,theenergycouldonlybeE=0,h
,2h
,3h
,……..h=6.63×10-34J·sEinstein,1905,E=h
,19211916,postulatesstimulatedemission
#Planck’shypothesisPlanck’shypothesisE=0,h
,2h
,3h
,P(E):theprobabilitythatthemodehasenergyEPlanckassumedthattheenergyinthemodesfollowedBoltzmannstatisticstheprobabilityP(E)ofaparticlehavingenergyEAverageenergypermode#EnergydensityoftheblackbodyDensityofmodes单位体积中,频率处于ν附近单位频率间隔内的模式数〔三维〕驻波条件→谐振腔模式密度〔《激光原理》P5〕Averageenergypermode①玻尔兹曼分布律〔热平衡状态下粒子按能量的分布规律〕②普朗克能量量子化假说→每个模式的平均能量〔《光学教程》P306〕Energydensityoftheblackbody单位体积中,频率处于ν附近单位频率间隔内的总能量即为“黑体辐射的单色能量密度”〔《激光原理》P10〕#Fig.1EnergydensityasafunctionofwavelengthofablackbodyradiatoraccordingtoPlanckandRayleigh-Jeans.BlackbodyemissionspectrumEnergydensityoftheblackbody
Planck’stheoryandtheexperimentalresultsareinexcellentagreement.
Energydensity~TEnergydensity~
ν#Unit1
IntroductiontoLaserscalculatemodesandmodedensitiesinone,twoandthreedimensionalcavitie
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