激光原理 - 激光器设计方法前沿科技概览

激光原理Optoelectronics,

Summer

2015What

is

Laser?

Light

Amplification

by

Stimulated

Emission

of

Radiation

什么是受激辐射？Optoelectronics,

Summer

2015激光产生的基本原理原子发光的机理原子的结构丹麦物理学家玻尔Bohr,NielsOptoelectronics,

Summer

2015玻尔原子理论的三条假定：(1)定态假定：存在一系列原子定态，处在定态中的电子虽做轨道运动，但不发射电磁波；(2)角动量量子化：定态运动电子的角动量量子化，其值只能为h／2π的整数倍；(3)跃迁假定：仅当原子中的电子从一定态跃迁到另一定态时，才能发射或吸收一个相应的光子。Optoelectronics,

Summer

2015量子跃迁是量子力学的最基本概念2.1.3

原子发光的机理辐射光能量

跃迁：原子从某一能级吸收或释放能量，变成另一能级。辐射跃迁：

高能级E2吸收光能量

h

E2

E1

低能级E1

《辐射的量子理论》Optoelectronics,

Summer

2015激光产生的基本原理

受激辐射概念的提出辐射光能量

爱因斯坦发现，若只有自发辐射和吸收跃迁，黑体和辐射场之间不可能达到热平衡，这是为什么呢？？

高能级E2吸收光能量

h

E

2

E1

低能级E1A21

(

)sph

E2

E1

A21

1

SA21

原子在能级

E2的平均寿命（荧光寿命）h

2.2.1

自发辐射

E2

E1

发光后

发光前

自发跃迁几率（自发跃迁爱因斯坦系数）：

dn21

1

dt

n2

只与原子本身性质有关，与辐射场无关。如果存在向多个下能级的跃迁，则荧光寿命缩短如果同时存在非辐射跃迁，则寿命也缩短。

Optoelectronics,

Summer

2015

1

Ani

ns

W12

(

)sth

E2

E1B12：受激吸收跃迁爱因斯坦系数

只与原子本身性质有关Optoelectronics,

Summer

2015与原子本身性质和辐射场能量密度有关2.2.2

受激吸收

E2

E1

吸收前受激吸收跃迁几率：h

吸收后

dn12

1

dt

n1

W12

B12

Optoelectronics,

Summer

2015要达到热平衡，还必须存在另一种辐射！！！受激辐射2.2.3

受激辐射1

当外来光子的频率满足h

E

2

E

时，使原子中处于高能级的电子在外来

光子的激发下向低能级跃迁而发光。

受激辐射光子与入射光子属于同一光子态（光波模式），具有相同频率、相位、波矢、偏振。受激辐射的光是相干光。E2E1发光前h

h

h

发光后

h

E2

E1受激辐射跃迁几率：dn21

1

)st

dt

n2W21

(W

21

B21

与原子本身性质和辐射场能量密度有关

B21

：受激辐射跃迁爱因斯坦系数,只与原子本身性质有关Optoelectronics,

Summer

2015n2

f2

(EKTE1)f1、f2

——能级E1

的简并度，E2

——各能级上的原子数密度（集居数密度）n1、n2玻尔兹曼统计分布：

热平衡状态：辐射率

吸收率

en1

f1

和

或称统计权重（辐射场总光子数保持不变）

n2A21

n2B21

n1B12

Optoelectronics,

Summer

20152.2.4

爱因斯坦三系数A21、B21、B12的相互关系

当光与原子相互作用时，总是同时存在这三种过程.•

incoherent•

very

monochromatic•

can

be

extremely

intense

1.4

•

spectrally

broad

•

divergent

发散

•

can’t

be

focused

tightly

•

not

very

intense

非相干

What

is

needed

?Optoelectronics,

Summer

2015Laser

characteristics

单色

•

does

not

diverge

as

fast

•

can

be

focused

tightly

干涉

•

spatial

coherence

(interference)

•

temporally

coherent

(beat

notes)

More

generally:

•

gain

medium

增益物质（激活物质）：单光

•

pump

->

far

from

thermal

equilibrium

泵浦源（激励源）：粒子数反转

•

feedback

(resonator,

mirrors,

cavity)

反馈（谐振器，镜子，腔）：光束的选择性激光的

单色性比普通光高

10Optoelectronics,

Summer

20151.

Monochromaticity

单色性倍.10单色性最好的氪灯Kr86

Δ

=4.7×10-3

nm

稳频He—Ne激光器

9

精密度仪器测量激励某些化学反应Optoelectronics,

Summer

2015Linewidth

线宽1.

Monochromaticity

单色性

2.

Coherent

相干性l时间相干性好（

～10

-

8埃），相干长度可达几十公里。l空间相干性好，有的激光波面上各个点几乎都是相干光源。

全息照相Optoelectronics,

Summer

2015信息技术……Optoelectronics,

Summer

2015Condition

Coherence：相干The

equal

vibrate

direction振动方向相同**k

=-2IThe

equal

frequency

频率相同The

constant

phase

difference

相位差恒定

x

k

=+2k

=+2

k

=+1

xk

=+1

k

=0

k

=-1

k

=-1

k

=-2

x4I1xyZ

Coherence

To

first

order,

for

any

em

wave,

we

can

introduce

two

concepts

of

coherence,

namely,

spatial

and

temporal

coherence.

对于一阶光，任意的电磁波，我们都可以引入两种相干的

概念：空间相干性和时间相干性不同原子发出的波列

单色光的波列Optoelectronics,

Summer

2015波列的叠加

spatial

coherence

：空间相干性

To

define

spatial

coherence,

let

us

consider

two

points

P1

and

P2

that,

attime

t=0,

lie

on

the

same

wave

front

of

some

given

em

wave

and

let

E1(t)

andE2(t)

be

the

corresponding

electric

fields

at

these

two

points.

By

definition

the

difference

between

phases

of

the

two

fields

at

time

t=0is

zero.

If

this

difference

remains

zero

at

any

time

t>0,

we

say

that

there

is

aperfect

coherence

between

the

two

points.

P1

(t=0,

Pi)

(t>0,

Pi/2)Optoelectronics,

Summer

2015P2(t=0,

Pi)

(t>0,

Pi/2)完全相干Optoelectronics,

Summer

2015

temporal

coherence,

时间相干

To

define

temporal

coherence,

we

now

consider

the

electric

field

of

theem

wave,

at

a

given

point

p,

at

time

t

and

time

t+tx,

for

a

given

time

delay

tx,the

phase

difference

between

the

two

field

remains

the

same

for

any

time

t,we

say

that

there

is

a

temporal

coherence

over

a

time

tx.P1

(t=0,

Pi)P2

(t=t+x)Optoelectronics,

Summer

2015

空间相干性：在同一光源形成的光场中，不同地点同一时刻的光之间的相干性。这个概念可用相干面积,相干长度来量度。

时间相干性：在同一光源形成的光场中，同一地点不同时刻的光之间的相干性。它实质上是指相位的相关性能够维持的时间。在这类问题中，常常引进所谓相干时间这个概念。在数量级上，相干时间是光波频率宽度

v的倒数Optoelectronics,

Summer

20153.

Directionality

一束激光射到~38万km的月

球上，光斑的直径只有~2km

手电筒的光射到~m处，

扩展成很大的光斑。

利用激光准直仪可使长为2.5km的隧道掘进偏差不超过16nm.

激光准直、导向和测距Optoelectronics,

Summer

2015激光在屏上形成的小光斑，有极大的照度

太阳表面的亮度比白炽灯大几百

倍。普通的激光器的输出亮度，比太阳

表面的亮度大10亿倍。激光是当今世界

上高亮度的光源。

4.

Brightness激光的颜色非常单纯，而且只向着一个方向发光，亮度极高Optoelectronics,

Summer

2015

亮度->能量

激光的能量在空间上、在时间上高度集中

光能量不仅在空间上高度

集中，同时在时间上也可

高度集中，因而可以在一

瞬间产生出巨大的光热。在工业上，

激光打孔、切割和焊接。医学上视网膜凝结和进行外科手术。在测绘方面，可以进行地球到月球之间距离的测量和卫星大地测量。在军事领域，可以制成摧毁敌机和导弹的激光武器Optoelectronics,

Summer

201524光纤通信用光源：短距离通信用0.85um；长距离通信用1.31um，1.55um

激光应用简介1.

激光在通信领域的应用

光纤中传送的是一系列经过编码的激光脉冲。

关键技术：光纤技术、激光器

目前光通信的发展方向是全光网络，即信息从源节点到目的节点能够实现全光透明传输的网络。全光网中的网络节点在光域中处理信息、交换、路由等都在光域完成。Optoelectronics,

Summer

2015

2.

激光在信息领域的应用

激光在信息领域的应用，除了以激光为信息载体将声音、图像、数据等各种信息进行传输的激光通信之外，还包括通过激光将信息进行存储，以及通过激光将信息打印或显示出来等等。

laser

printers25CD

playersbarcode

scanners/cd.htm#Optoelectronics,

Summer

20153.

激光在工业领域的应用

激光的高单色和高亮度，使它成为精密计量的一种十分

有效的工具。又由于激光单色性好、发散角小，能够在透镜

的焦点处聚焦成高功率的光斑，高功率激光集中在物体上的

某一点，便可对被物体进行高温加热、切断、焊接及熔覆等

加工。激光还可以对材料进行非接触式处理或探测。因为没

有表面接触，不会产生由探测射线所引起的污染，也不会引

起器具边缘的磨损，而扫描性好的特点又使其可在大面积范

围内进行工作。Optoelectronics,

Summer

201527

4.

激光在生物医学领域的应用

激光技术为医学诊断和疾病治疗提供了新方式：激光手术刀、视网膜凝固治疗、激光美容、OCT、激光荧光光谱诊断等。利用激光可聚焦成微米或纳米级光斑的特点，可以进行显微细胞外科手术、测量人体DNA分布、基因转移、DNA裁剪和基因定位、促进DNA合成、细胞融合等。在酶工程和发酵工程等生物技术中，激光也得到了重要应用。corrective

eye

surgeryremoving

blemishesgallbladder

surgeryusing

fiber

opticsOptoelectronics,

Summer

201528

5.

激光在国防科技领域的应用

激光作为武器在军事上应用的形式千变万化，但是基本上可以分为三个主要部分：追踪、寻的系统（即正确判定攻击目标的位置和性质的系统）；发射实施摧毁性打击的高能激光系统；辅助的控制和通信系统。激光摧毁导弹激光制导

激光武器是利用高能量密度激光束代替子弹的新型武器，是武器装备发展历程中继冷兵器、火器和核武器等之后又一个重要里程碑。它以光束作战的迅速反应能力，外科手术式杀伤的高效作战方式。以及特别适合于反卫星和破坏敌方信息系统，使其成为新一代主战兵器。

29

Optoelectronics,

Summer

2015Laser

一、激光侦测1）激光警卫光电探测器

夜色降临，海面上有一无形的，视而不见，触而不觉的哨

兵--红外激光探测器监视着海面，当有不速之客到来，光

线挡断，光电探测器探测不到激光而进行声光报警Optoelectronics,

Summer

2015Laser激光的军事应用Optoelectronics,

Summer

2015记时器电源放大器光电转换2）激光测距

主要构造：

激光发射器；

激光接收器；

电源和显示装置。

原理：

激光发射器；

Laser

激光接收器；器射向目标12ct距离显示器

L

参考光

来自目标100

m

4）激光光纤通信

让载有信号的激光束通过光导纤维传输至对方

以实现通信的方法。皮

光导纤维

50

m光缆光放大器光缆

杭州Optoelectronics,

Summer

2015传导原理：全反射军事目标1）激光波束（驾束）制导装置：A--激光照射器；

B--导弹发射器；

C--尾部带有激光接

收器的制导导弹。

制导原理：C

A

BOptoelectronics,

Summer

2015激光驾束制导优点：系统小巧、轻便、适用于单兵使用；缺点：技术难度大。激光器向目标照射激光,导弹发射器发射导弹，导弹尾部激光接收器接收激光束信号，依接收的信号强弱使导弹保特在激光束中，直至命中目标。

B

Optoelectronics,

Summer

2015弹体导引头控制74

5

6

82）半主动式激光制导

构造：

A）激光照射器

B）导弹发射器

C）装有“寻的器”的导弹

1

2

3

1--滤光器；

2--透镜；

3--光敏远件；

4--放大器

5--计算器；

6--自动驾驶仪；7--舵面伺服仪。８－电源

Optoelectronics,

Summer

2015Optoelectronics,

Summer

2015导引头控制74

5

6

81

2

3

弹体四象限器

发出纠偏信号，改变导弹飞行

方向，指向目标。导弹保特原飞行方向

发出纠偏信号，改变导弹飞行

方向，指向目标。Optoelectronics,

Summer

20153）全主动式制导

激光照射器与目标寻的器均装在导弹弹体上。作战时，激光照射器向目标照射激光，目标寻的器接收目标反射来的激光信号，将导弹导向目标。目前尚不很成熟！Optoelectronics,

Summer

20152.3激光产生的原理

激光产生的条件2.3.1

受激辐射光放大

受激辐射产生的光子与引起受激辐射的外来光子具有相同

的特征（频率、相位、振动方向及传播方向均相同）。E2E1h

h

h

相干光（激光）光放大

nW21

B21

h

KT受激辐射与受激吸收的矛盾

受激辐射：光子数

粒子数正常分布：受激吸收：光子数

n1

n2B21

B12

n2

1

1

E2

E1n2W21

nW12光强减弱1e

c3

8

h

R

A21

A21

1例：T=300K时，R

10

35

在热平衡情况下，光波辐射以自发辐射为主。Optoelectronics,

Summer

2015另：受激辐射与自发辐射关系：

e

1

2

N1N2

E

E

kTE2

E1

受激吸收占优势，发生其他两种过程的几率很小。Optoelectronics,

Summer

2015n1

n2

激光产生的基本原理要素一：

粒子数反转

克服受激辐射和受激吸收的矛盾

1.

粒子数正常分布

玻尔兹曼统计分布：2.

粒子数反转分布（集居数反转）E2

E1受激辐射占优势，光通过工作物质后得到加强，获得光放大。n1

n2泵浦（Pumping）：

（抽运、激励）E1E2

激光产生的必要条件：粒子数反转激活物质：处于集居数反转状态的物质。

另外，激辐射大大超过自发辐射，使输出为相干光。Optoelectronics,

Summer

2015外界向物质提供能量

通过中间环节使得受激辐射占优势2.3.3.

激活粒子的能级系统

激活粒子：能够形成粒子数反转的发光粒子。（可以是原子、分子、离子、准分子）

基质：为激活粒子提供寄存场所的材料。激光工作物质

1.

二能级系统

二能级系统不能实现粒子数反转分布Optoelectronics,

Summer

2015

WA21

Wn2n12.

三能级系统亚稳态：不如基态稳定，但比激发态要稳定得多（寿命较长）

具有亚稳态的工作物质，才能实现粒子数反转。He，Ne，Ar，Nd2O3，CO2如：3E

E1

红宝石中铬离子能级图Optoelectronics,

Summer

2015E2例：红宝石：在人工制造的刚玉（

Al2O3）中，掺入少量

铬离子（Cr3

）构成晶体。起发光作用的是铬离子。

亚稳态（激光上能级）

产生激光基态（激光下能级）泵浦激发态

非辐射跃迁EnergyE2

10

s

Optoelectronics,

Summer

2015E1E3

10

8s

受激吸收

泵浦E3

3无辐射跃迁放出能量形成粒子数反转N1

N

2E2E1受激辐射发出激光E1E2E3Laser

RadiationNFast

transitionAbs.Energy3.

四能级系统(a)

Nd:YAG激光器E1E2E3Laser

RadiationN

Fast

transitionAbsorptionE4Fast

transition(b)氦氖激光器

四能级系统激光下能级是激发态，不是基态，粒子数很少甚至没有，所以很容易实现粒子数反转，泵浦能量较低。

Optoelectronics,

Summer

2015Optoelectronics,

Summer

2015设想有长度足够大的激活介质：自发辐射为主受激辐射为主B21

A

21

不断增大

思考问题：仅仅满足粒子数反转可以产生激光吗？

No！不能维系！

若一直维系粒子数反转状态，需要无限长的激活介质！！Optoelectronics,

Summer

2015M1M2M1M2M1M2全反射镜部分反射镜光学谐振腔Optoelectronics,

Summer

2015光学谐振腔的构成：

工作物质两块反射镜：相互平行，与工作介质轴线垂直，平面或球面谐振腔对光束的方向选择性：

平行于轴线：放大加强偏离轴向：逸出腔外激光具有高度方向性激光光束全反射镜部分反射镜要素二.

光学谐振腔

光学谐振腔的作用：1.

增加工作介质的有效长度，使受激辐射过程成为主导；2.

维持光振荡，输出稳定激光束；3.

对光束方向性加以选择，获得高度方向性的激光；

4.

选择激光频率。

思考问题：若同时满足粒子数反转和光学谐振腔，可以产生激光吗？？Optoelectronics,

Summer

2015Optoelectronics,

Summer

2015

要素三.

增益条件：增益大于损耗（1）

增益系数:

描述光放大作用的大小光放大作用：

受激辐射几率

>

受激吸收几率输出光能量

>

入射光能量激活物质＝光放大器①小信号增益系数（I(z)很小时成立）：

I(z)

I0eg0zI0——z

0

处的初始光强②大信号增益系数：g0

I(z)

Isg(I)

1

Is——饱和光强（决定于增益介质的性质）I(z)

I

sg(I

)

g

0g

g00zz)I(zI(z)I0

I0ImIm0

0z

z（2）

损耗系数

；I0e(g0

)z起初——小信号放大规律：I(z)

I(z)增加——大信号放大规律：g(I)

减小，I(z)

增长变缓；

g(I)

——

I(z)达到稳定极限值

Im

。

Im只与放大器本身参数有关，与初始光强无关。

Optoelectronics,

Summer

20150

光通过单位长度激活物质后光强衰减的百分比。（3）

激光器中光强变化规律

微弱光

I进入光放大器：

损耗的原因：衍射、散射、透射、吸收等dI(z)

1

dz

I(z)要素三.

增益条件g

0(g0

)zI(z)

I0e

I0自激振荡：当激光工作物质满足振荡条件时，不管初始

光强

I0

多么微弱，在光学谐振腔中总能形

成确定大小的光强

Im

Optoelectronics,

Summer

2015

要素三.

增益条件：增益大于损耗（4）

振荡条件（阈值条件）

激光器实现振荡所需要的最低条件Optoelectronics,

Summer

2015

激光产生的基本原理总结：激光产生的条件必要条件：粒子数反转，谐振腔充分条件：阈值条件，增益饱和①

粒子数反转②

光学谐振腔③

增益大于损耗受激辐射占主导

受激辐射得以维系

放大得以实现激光工作物质激光输出全反射镜部分反射镜

2.4

激光器的基本结构与分类2.4.1

激光器的基本组成与分类

通常激光器都是由三部分组成：

激光工作物质、泵浦源、光学谐振腔

泵浦源

2.4.2

激光工作物质

用来实现粒子数反转并产生光的受激辐射放大作用的物质体系，有时也称为激光增益介质。

Optoelectronics,

Summer

2015

气体激光器气体放电激励示意图Optoelectronics,

Summer

2015

对激光工作物质的要求：尽可能在其工作粒子的特定能级间实现较大程度的粒子数反转；使这种反转在整个激光发射作用过程中尽可能有效地保持下去。

泵浦源作用：对激光工作物质进行激励，将激活粒子

从基态抽运到高能级，以实现粒子数反转。泵浦方式：1.

光泵浦；2.

气体放电激励3.

化学激励4.

电子注入，一段空心介质波导管

按照腔镜的形状和结构Optoelectronics,

Summer

2015光学谐振腔的构成和分类闭腔：固体激光材料，光线在侧壁发生全内反射气体波导腔：两块反射镜构成：在激活物质两端恰当地放置两个反射镜。分类：

开腔：侧面无光学边界3.1.1

光学谐振腔的构成和分类球面腔和非球面腔

腔内是否插入透镜之类的光学元件，或者是否考虑腔镜以外的反射表面

简单腔和复合腔

根据腔中辐射场的特点驻波腔和行波腔

根据反馈机理的不同端面反馈腔和分布反馈腔

根据构成谐振腔反射镜的个数两镜腔和多镜腔3.1.2

典型开放式光学谐振腔1.平行平面腔:

两块互相平行且垂直于激光器光轴的平面镜

激光技术发展历史上最早提出的光学谐振腔，这种装置在光学上称为法布里—

珀罗干涉仪，简记为F—P腔。

这种腔的特点是可以充分利用激活介质，使光束在整个激活介质体积内振荡。缺点是衍射损耗大，对准精度要求高。

Optoelectronics,

Summer

20152L2.

对称共焦腔

组成：两块相距为L，曲率半径分别为R1和

R的凹面反射镜，

且

R

1

R2

。即两凹面镜，曲率半径相同且焦点在腔

中心处重合。R1

LR1

L这种结构的谐振腔在腔中心对光束有弱聚焦作用；

对准灵敏度低，易于装调；衍射损耗低。介质利用率低。Optoelectronics,

Summer

20152一般共焦腔：

L

R1

R2共焦腔：R

1

R2

L

若两反射镜曲率半径相等，则两凹面镜曲率中心在腔中心重合，为对称共心腔。2.共心腔

组成：两块相距为L，曲率半径分别为

R1

和

R2

的凹面反射

镜，且

R1

R2

L

。即两凹面镜曲率半径相同且焦点在

腔内重合。

L

2特点：对准精度要求低，装调容易；衍射损耗低。

不能充分利用激光介质；容易损害腔内器件Optoelectronics,

Summer

2015非对称对称2.平凹腔

组成：相距为L的一块平面反射镜和一块曲率半径为R的

凹面反射镜R1

R2

LR1

R2

2L

当

R

2L

，称为半共焦腔特点：衍射损耗低，易于装调，成本低，大多数氦氖激光器

采用这种腔型。对于固体激光器，可直接在晶体端面

镀膜，成为平面镜。

此外，还有双凸腔、平凸腔、凹凸腔等，以及由多个反射镜

构成的折叠腔、环形腔等。

Optoelectronics,

Summer

2015确定模式特征3.2

激光模式

模式：谐振腔内可能存在的电磁场本征状态

（振荡频率和空间分布）

纵模：沿光轴方向的光强分布；

横模：垂直于光轴的横截面上的光强分布。M1M1M2M2

腔的结构3.2.1

驻波与谐振频率

当激光器处于振荡状态，激光器内部两个方向传播的光叠加成为满足一定相位条件的驻波。

Optoelectronics,

Summer

20152L

第三章光学谐振腔与激光模式频率、振幅、振动方向均相同的两列波在同一直线上沿相反方向传播时，相干形成驻波。M1M2

M1

M2

M1

:

2

q

2

0

L

L

0q

2L

q

驻波条件：

c

c

2L

2

LOptoelectronics,

Summer

2015对于腔内介质分段均匀的情况，例如腔内除激光介质外其余部分为空气，则有

L

ni

Li腔长为半波长的整数倍。

c2

L

q

q

整数

q

所表征的腔内纵向稳定场分布纵模间隔：

c2

L

q

q

1

q

3.2.2

纵模

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。

q称为纵模的序数，不同纵模相应于不同的q值，对应不同的

谐振频率。对于腔内介质分段均匀的情况，

nL用

niLi代替

纵模在频率尺度上是等距离的，腔长越小，纵模间隔越大。

Optoelectronics,

Summer

2015Optoelectronics,

Summer

2015

满足谐振条件的谐振频率很多，但由于粒子发光的荧光谱线宽度有限，必须落在荧光线宽内而且满足谐振条件的纵模才能形成激光输出。

由于波长很小，腔长相对很大，整数q值很大，即腔内波

腹数很多，达数万到数十万个波腹。

理想情况下，一个纵模对应一个谐振频率值，实际上由于腔的损耗，

每一个纵模都具有一定宽度:Optoelectronics,

Summer

2015

例：He－Ne激光器，

1，当L

10cm

和L

30cm时，

激光器中分别可能出现几种频率的激光？

14

荧光光谱增益线宽

F

1.5

109Hz）解：L

30cm

F

q

q

1

q

q

1

q

2

q

2

q

1样的荧光谱线宽度内可容纳的纵模数越多。

q

0.5

109

Hz

三种频率（多纵模）

结论：

1.工作原子（分子、离子）自发

辐射的荧光线宽

F

越大，可

能出现的纵模数越多。

q

1

2.

激光器腔长

L越大，相邻纵

模的频率间隔

q越小，因而同m——x方向节线数3.2.3

横模

谐振腔内的光波在垂直于光轴的横截面内的电磁场分布。每一种横模对应一种横向的稳定场分布，用

TEMmnq

标记，q很大，通常不写出来。

轴对称：旋转对称：

对于轴对称：n——角向节线数对于旋转对称：

m——径向节线数

实际出现的是多种模式的叠加。

Optoelectronics,

Summer

2015

两种模式叠加n——y方向节线数自再现模（横模）：在腔反射镜面上经过一次往返传播后能“自再现”的稳定场分布，相对分布不受衍射影响。

Optoelectronics,

Summer

2015

横模的形成

2a

L镜边缘的衍射效应：损失能量，引起能量分布的变化。Optoelectronics,

Summer

2015

纵模和横模各从一个侧面反映了谐振腔内稳定的光场分布，只有同时运用纵模和横模概念，才能全面反映腔内光场分布。

不同纵模和不同横模都各自对应着不同的光场分布和频

率，但不同纵模光场分布之间差异很小，不能用肉眼观察到，

只能从频率的差异区分它们；不同的横模，由于其光场分布

差异较大，很容易从光斑图形来区分。应当注意，不同横模

之间，也有频率差异，这一点常被人们忽视。Optoelectronics,

Summer

2015激光器的分类一、按照激光工作物质分类

1．气体激光器

2．固体激光器3．液体激光器4．自由电子激光器5．半导体激光器6．光纤激光器二、按照激光器工作方式分类1．连续输出激光器（连续、准连续）

2．脉冲输出激光器（单次、重复）三、其它方式分类调Q激光器、锁模激光器、稳频激光器、可调谐激光器等Optoelectronics,LASER

HAZARD

CLASSESLaser-P

Summer

2015Lasers

are

classified

according

to

the

level

of

laserradiation

that

is

accessible

during

normal

operation.2015•

Safe

during

normal

use•

Incapable

of

causing

injury•

Low

power

or

enclosed

beam

CLASS

1CLASS

I

Laser

Product

Label

not

requiredMay

be

higher

class

during

maintenance

or

serviceOptoelectronics,

Summer

掺钕钇铝石榴石

Nd:YAG

Laser

MarkerOptoelectronics,

Summer

2015CLASS

2Laser

RadiationDo

Not

Stare

Into

BeamHelium

Neon

Laser1

milliwatt

max/cw

CLASS

II

LASER

PRODUCT••••Staring

into

beam

is

eye

hazardEye

protected

by

aversion

responseVisible

lasers

onlyCW

maximum

power

1

mWLaser

ScannersOptoelectronics,

Summer

2015Small

Beam

(Class

3R)Expanded

Beam

(Class

2M)CLASS

IIIa

Laser

ProductLASER

RADIATION-AVOID

DIRECT

EYE

EXPOSUREND:YAG

532nm5

milliwatts

max/CWCLASS

3R

(Formerly

3a)

•

Aversion

response

may

not

provide

adequate

eye

protection

•

CDRH

includes

visible

lasers

only

•

ANSI

includes

invisible

lasers

•

CW

maximum

power

(visible)

5

mWLaser

Pointers

Laser

Radiation-

Do

Not

Stare

Into

Beam

or

View

Directly

With

Optical

InstrumentsHelium

Neon

Laser5

milliwatt

max/cw

CLASS

IIIa

LASER

PRODUCTCLASS

3B•

Direct

exposure

to

beam

is

eye

hazard•

Visible

or

invisible•

CW

maximum

power

500

mW

LASER

RADIATION-AVOID

DIRECT

EXPOSURE

TO

BEAM

2w

ND:YAG

Wavelength:

532

nm

Output

Power

80

mW

CLASS

IIIb

Laser

ProductCourtesy

of

Sam’s

Laser

FAQ,

/sam/lasersam.htm,

©

1994-2004

Optoelectronics,

Summer

2015DPSS

Laser

with

cover

removedVISIBLE

LASER

RADIATION-AVOID

EYE

OR

SKIN

EXPOSURE

TO

DIRECT

ORSCATTERED

RADIATION

2w

Nd:YAG

Wavelength:

532

nm

Output

Power

20

W

CLASS

IV

Laser

Product•

Exposure

to

direct

beam

and

scattered

light

is

eye

and

skin

hazard•

Visible

or

invisible•

CW

power

>0.5

W•

Fire

hazard

Photo:

Keith

Hunt

-

www.keithhunt.co.ukOptoelectronics,

Summer

2015

Copyright:

University

of

Sussex,

Brighton

(UK)Class

4

CLASS

4Optoelectronics,LASER

SAFETY

EYEWEARLaser-P

Summer

2015Optoelectronics,

Summer

2015LASER

PROTECTIVE

BARRIERPhoto

courtesy

ofOptoelectronics,

Summer

2015Laser

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