ch.1激光的基本原理13-3-17-final
97页1、第一章第一章 激光基本原理激光基本原理一、激光发展简史一、激光发展简史二、基本原理二、基本原理 爱因斯坦辐射理论爱因斯坦辐射理论三、激光的特点及应用三、激光的特点及应用一、激光发展简史一、激光发展简史1900Planck提出能量子假说提出能量子假说 1905 1917Einstein提出受激辐射理论提出受激辐射理论1953Towns建立第一台微波激射器(建立第一台微波激射器(maser)1958Towns,Shawlow开始研制激光器开始研制激光器1960Maiman制成第一台红宝石激光器制成第一台红宝石激光器1961-65激光光谱,用于大气污染分析;半导体激光器,激光光谱,用于大气污染分析;半导体激光器, 用于激光通讯;用于激光通讯;2CO激光器,用于激光熔炼、激光器,用于激光熔炼、 激光切割、激光钻孔激光切割、激光钻孔. 1968-69月球上设置激光反射器;地面与卫星联系月球上设置激光反射器;地面与卫星联系1982激光全息术激光全息术 80-90年代年代激光外科手术,通讯、光盘、激光武器激光外科手术,通讯、光盘、激光武器.汤斯汤斯Towns:美国哥伦比亚大学美国哥伦比亚大学肖洛肖洛
2、Shawlow:美国贝尔实验室美国贝尔实验室梅曼梅曼Maiman:休斯实验室休斯实验室Einstein提出光量子理论提出光量子理论二二.基本原理:爱因斯坦理论基本原理:爱因斯坦理论自发辐射自发辐射受激辐射受激辐射受激吸收受激吸收微观粒子能量的量子化微观粒子能量的量子化能级能级微观粒子只能处于一系列本征状态微观粒子只能处于一系列本征状态每一状态具有分立的能量值每一状态具有分立的能量值能级能级简并:粒子有多种状态具有同样的能量能级简并度:具有同样的能量粒子状态数目Eground stateexcited state)(1038. 123121212玻尔兹曼常数JKkeff nnkTEE=粒子的能量玻耳兹曼分布为动态分布玻耳兹曼分布为动态分布-玻耳兹曼分布若若 f2 f1,则两能级上的原子数目之比,则两能级上的原子数目之比11212,激 光器建立相应的稳定状态GGt(激光工作),光强增加, 直到饱和,光强增大幅度变小, 至GGt,光强不增加, G也不 下降稳定态建立起来稳态的建立与初始的激发有关,虽然G=a,但G 表示输出与输入功率之比)ln(21),(21rrLIvGiv均匀加宽谱线情况均
3、匀加宽谱线情况单模输出问题:均匀加宽介质组成 的激光器由自发辐射到稳 定的激光输出的过程?非均匀加宽谱线情况非均匀加宽谱线情况多纵模振荡腔模的物理概念腔模的物理概念两块反射镜片浸在均匀、无限、各向同性的介质中, 由于镜腔的横向尺寸产生衍射损耗,对场的空间分布发生 影响。多次衍射后,边缘附近的场振幅较小。经过多次渡 越后,形成稳定的场。横模:开腔镜面上经一次往返能再现的稳定场分布。横模及横模的形成横模及横模的形成横模横模相同的横向场分布的模式(不同光斑花样)(2)旋转对称旋转对称 TEMmnm暗直径数;n暗环数(半径方向)TEM00TEM01TEM02TEM10TEM20TEM30(1)x, y 轴对称轴对称 TEMmnmX向暗区数nY向暗区数TEM00TEM10TEM20TEM03TEM11TEM31基基( (横横) )模模 TEM00 光斑轴对称或旋转对称分布取决于增益介质的几何形状 增益介质的不均匀或腔内插入其它光学元件(布氏窗、反射镜等)会破坏腔的旋转对称性,出现轴对称横模。开腔模式形成的定性解释开腔模式形成的定性解释 横模产生的原因平行平面腔内光波传输过程的模拟平行平面腔内光波
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