激光原理复习资料

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激光原理复习知识点

激光原理复习知识点激光原理是激光技术的核心知识之一，它是指光子在受激辐射作用下的放大过程。

下面将详细介绍激光原理的相关知识点。

1.基本概念激光是一种特殊的光，其特点是具有高度的单色性、方向性和相干性。

与常规的自然光不同，激光是一种具有相同频率和相位的光波。

2.受激辐射受激辐射是激光形成的基本原理，它是指当原子或分子受到外界能量激发后，处于激发态的原子或分子会通过辐射的方式从高能级跃迁到低能级，此时会放出光子能量，并与入射光子保持相位一致。

3.激光产生的条件为了产生激光，需要满足以下条件：-有大量的原子或分子处于激发态。

-具有一个能够增加原子或分子跃迁概率的辐射源。

-有一种方法可以让过多的激发态原子或分子跃迁到基态。

4.激光器的结构激光器通常由三个基本部分组成：激活介质、泵浦系统和光学腔。

-激活介质是产生激励能量的介质，如气体、液体或固体。

-泵浦系统是用来提供能量，并将大量原子或分子激发到激发态的装置。

-光学腔是由两个或多个高反射镜组成的光学结构，用来反射和放大光。

5.激光的放大激光的放大是通过在光学腔中来回传播，不断受到受激辐射的作用而增强光波的幅度。

通常，在光学腔中的一个镜子上镀膜，具有高反射率，而另一个镜子具有部分透射和部分反射的特性，用来逐渐放大光。

6.激光的增益介质增益介质是指能够提供光放大的介质，如气体（如CO2、氦氖）、固体（如Nd:YAG）或半导体（如激光二极管）等。

这些介质中的原子或分子通过与激励能量的相互作用，从而达到受激辐射的能量放大。

7.激光的产生方式激光可以通过多种方式产生，其中包括：-激光器：使用激光介质和泵浦系统来产生激光。

-激光二极管：使用半导体材料制成的二极管来产生激光。

-激光腔：使用自激振荡的原理来产生激光。

8.激光的应用激光具有广泛的应用领域，包括但不限于：-激光切割和焊接：激光切割和焊接用于金属加工、制造业等领域。

-激光打印：激光打印用于打印机和复印机等办公设备中。

激光原理复习提纲

第一章激光的基本原理1.光子的波动属性包括什么？动量与波矢的关系？光子的波动属性包括什么？质量与频率的关系？2概念：相格、光子简并度3光的自发辐射、受激辐射爱因斯坦系数的关系4.形成稳定激光输出的两个充分条件是起振和稳定振荡。

形成激光的两个必要条件是粒子数反转分布和减少振荡模式数5.激光器由哪几部分组成？简要说明各部分的功能。

6.自激振荡的条件？7.简述激光的特点？课后习题：1、5、7、8第二章开放式光腔与高斯光束1.开放式谐振腔按照光束几何偏折损耗的高低，可以分为稳定腔、非稳腔、临界腔。

2.驻波条件，纵模频率间隔3.光线在自由空间中行进距离L时所引起的坐标变换矩阵式什么？球面镜的对旁轴光线的变换矩阵?4.稳定腔的稳定性条件？非稳腔的条件？会计算。

典型的临界腔有哪些？5. 纵模与横模的物理意义.6.共焦腔模式特征（基模镜面上的光斑尺寸，束腰的大小、等相位面的曲率半径、谐振频率、远场发散角）。

高斯球面波在其传输轴线附近可近似看作是一种非均匀球面波。

7.任意一个共焦球面腔与无穷多个稳定球面腔等价，任一稳定腔唯一等价于某一个共焦腔，这里的等价是指行波场相同。

8.高斯光束的q参数在自由空间中的传输规律？q参数通过薄透镜的变换公式为？9.高斯光束束腰的变换公式10.为了使高斯光束获得良好聚焦，通常采用的方法是什么？准直的方法？课后习题：3、5、10、11、24第三章电磁场和物质的共振相互作用1.均匀加宽的机制包括什么？非均匀加宽的机制包括什么？2.说明均匀加宽与非均匀加宽的区别。

3. 对于气体工作物质，主要的加宽类型是由碰撞引起的均匀加宽和多普勒加宽。

其线型函数是什么？两种加宽类型如何过渡？4.能画出三能级系统的结构示意图，说明每个能级的意义。

能列出四能级系统的速率方程组。

5.均匀加宽中，入射光频率1ν偏离中心频率0ν越远，增益系数的饱和作用越弱。

当入射光频率1ν等于中心频率0ν时，增益系数的饱和作用最强。

激光原理复习自整理资料

第一章激光的特性：1.方向性好，最小发散角约等于衍射极限角2.单色性好3.亮度高4.相干性好波尔兹曼定律：根据统计规律，大量粒子组成的系统，在热平衡条件下，原子数按能级分布服从波尔兹曼定律：kT E i i i eg -∞n 推论：假设gi=gj1.当E2-E1很小，且12-E E E =∆<< kT 时，112n =n ， 2.当E2>E1时，n2<n1. 说明高能粒子数密度总是较小3.当E1为基态，E2距离很远时，即E2>E1,012n =n ,说明绝大多数粒子为基态普朗克公式：11h 8hv 33v -=kT e c v πρ 爱因斯坦关系：自发辐射，受激辐射，受激吸收之间的关系332121hv 8cB A π= 212121g B g B = 光子简并度g ：处于同一光子态的光子数。

含义：同态光子数、同一模式内的光子数、处于相干体积内的光子数、处于同一相格内的光子数自发辐射：处于高能级Ｅ２的一个原子自发的向Ｅ１跃迁，并产生一个能量为ｈｖ的光子特点：1各粒子自发，独立的发射光子；2非相干光源光功率密度：212)()t (q A t hvn =自受及辐射：处于高能级Ｅ２的一个原子在频率为ｖ的辐射场作用下，向Ｅ１跃迁，并产生一个能量为ｈｖ的光子特点：1只有外来光频率满足12hv E E -=；2 受激辐射所发射的光子与外来光特征完全相同，相干光源【频率，相位，偏振方向，传播方向】，光场中相同光子数量增加，光强增加，入射光被放大，即光放大过程光功率密度：v B t hvn t ρ212)()(q =激光功率密度比：v v hv ρπλρπh88c q q 333==自激增益系数：光通过单位长度激活物质后光强增长的百分数增益饱和：在抽运速率一定的条件下，当入射光的光强很弱时，增益系数是一个常数；当入射光的光强增大到一定程度后，增益系数随光强的增大而减小。

谱线宽度：线型函数在ν0时有最大值，下降至最大值的一半，对应得宽度。

激光原理复习知识点

一名词解释1. 损耗系数及振荡条件:0)(m ≥-=ααS o I g I ,即α≥o g 。

α为包括放大器损耗和谐振腔损耗在内的平均损耗系数。

2. 线型函数：引入谱线的线型函数p v p v v )(),(g 0~=，线型函数的单位是S ，括号中的0v 表示线型函数的中心频率，且有⎰+∞∞-=1),(g 0~v v ，并在0v 加减2v ∆时下降至最大值的一半。

按上式定义的v∆称为谱线宽度。

3. 多普勒加宽:多普勒加宽是由于做热运动的发光原子所发出的辐射的多普勒频移所引起的加宽。

4. 纵模竞争效应：在均匀加宽激光器中，几个满足阈值条件的纵模在震荡过程中互相竞争，结果总是靠近中心频率0v 的一个纵模得胜，形成稳定振荡，其他纵模都被抑制而熄灭的现象。

5. 谐振腔的Q 值:无论是LC 振荡回路，还是光频谐振腔，都采用品质因数Q 值来标识腔的特性。

定义p v P w Q ξπξ2==。

ξ为储存在腔内的总能量，p 为单位时间内损耗的总能量。

v 为腔内电磁场的振荡频率。

6. 兰姆凹陷：单模输出功率P 与单模频率q v 的关系曲线，在单模频率等于0的时候有一凹陷，称作兰姆凹陷。

7. 锁模：一般非均匀加宽激光器如果不采取特殊的选模措施，总是得到多纵模输出，并且由于空间烧孔效应，均匀加宽激光器的输出也往往具有多个纵模，但如果使各个振荡的纵模模式的频率间隔保持一定，并具有确定的相位关系，则激光器输出的是一列时间间隔一定的超短脉冲。

这种使激光器获得更窄得脉冲技术称为锁模。

8. 光波模：在自由空间具有任意波矢K 的单色平面波都可以存在，但在一个有边界条件限制的空间V内，只能存在一系列独立的具有特定波矢k 的平面单色驻波;这种能够存在腔内的驻波成为光波模。

9. 注入锁定：用一束弱的性能优良的激光注入一自由运转的激光器中，控制一个强激光器输出光束的光谱特性及空间特性的锁定现象。

（分为连续激光器的注入锁定和脉冲激光器的注入锁定）。

激光原理期末知识点总复习材料

激光原理期末知识点总复习材料激光原理是物理学和光学学科中的重要内容，它是现代科技发展的基础之一、下面是激光原理期末知识点的总复习材料。

1.激光的定义和概念：激光是指具有相干特性、能量集中、波长单一且紧凑的光束。

其与常规光的最大区别在于具有相干性和能量集中性。

2.激光的产生过程：激光的产生过程主要包括受激辐射和自发辐射。

受激辐射是指在外界光或电磁辐射的刺激下，原子或分子由基态跃迁到激发态并通过受激辐射返回基态时所发射的光。

自发辐射是指原子或分子自发地从激发态返回基态所发射的光。

3.光激发和电子激发的激光：根据产生激发所用的不同方法，激光可以分为光激发和电子激发的激光。

光激发的激光是通过外界光的能量传递使原子或分子激发并产生激光。

电子激发的激光是通过外界电子束或放电使原子或分子激发并产生激光。

4.激光功率和激光能量：激光功率是指单位时间内激光辐射出的能量，单位为瓦特(W)；激光能量是指激光脉冲的总能量，单位为焦耳(J)。

5.激光的特性：激光具有相干性、方向性、单色性和高亮度等特性。

相干性是指激光的波长相近的光波的相位关系保持稳定，能够构成干涉图样。

方向性是指激光具有狭窄的发射角度，能够通过透镜等光学元件进行聚焦。

单色性是指激光具有非常狭窄的波长，具有很高的色纯度。

高亮度是指激光能够将能量集中在很小的空间范围内，能够产生很高的光功率密度。

6.激光器的结构和工作原理：激光器主要由激光介质、泵浦能源、光腔和输出镜组成。

激光介质是产生激光的核心部件，泵浦能源是提供激发条件的能源，光腔是激发介质形成激光放大的空间环境，输出镜是选择性反射激光光束的光学元件。

7.常见的激光器种类和应用：常见的激光器种类包括氦氖激光器、二氧化碳激光器、半导体激光器和固体激光器等。

激光器的应用非常广泛，包括科学研究、医学治疗、通信、激光加工和激光雷达等。

8.激光安全：激光具有较强的穿透力和燃烧能力，因此在使用激光器时需要注意安全。

激光安全主要包括对激光光束的防止散焦、眼睛和皮肤的防护、激光辐射的监测和控制等。

激光原理复习

激光原理第一章1. 激光器的组成部分及作用（1）工作物质（激活物质）：用来实现粒子数反转和产生光的受激发射作用的物质体系。

（2）泵浦源：提供能量，实现工作物质的粒子数反转。

（3）谐振腔：①提供轴向光波模的正反馈②模式选择，保证激光器单模振荡，从而提高激光器的相干性。

2. 模式数的计算单色模密度：计算例：封闭腔在5000 Å处单色模密度。

3. 光谱宽度的计算其中，为波列长度。

4. 本征状态的定义给定空间内任一点处光的运动情况，在初始条件和边界条件确定后，原则上就可求解麦克斯韦方程组，一般可得到很多解，而且这些解的任何一种线性组合都可满足麦克斯韦方程，每一个特解，代表一种光的分布，即代表光的一种本振振动状态。

5. 光子简并度的定义光子简并度对应于线度光源λ，在单位时间单位立体角内发出单位频宽的光子数(处于同一个相格中的光子数，处于一个模式中的光子数，处于相干体积内的光子数，处于同一量子态内的光子数，都有相同的含义，均定义为光子简并度)。

并用表示：V c V c g 322824νπννλπ∆=⨯⨯∆=328c n πνν=Hz c14108106105000103⨯=⨯⨯==-λυ353821432s 1035.310310614.388-⋅⨯=⨯⨯⨯⨯==m c n ）（）（πυυc l c t //1=∆≈δνc l δνλνδ∆∆Ω∆==∆ΩS h Pg n )/2(26. 光子简并度与单色亮度之间的关系光源的光子简并度，从微观上反映出光源的单色亮度。

单色亮度：。

光子简并度与单色亮度之间的关系为：7. 光子平均能量的表达同一种光子运动状态（或同一种光波模式）的光子平均能量：8. 光的自发辐射、受激吸收、受激辐射自发辐射：处于的原子在无外来光子情况下自发地向能级跃迁，发射能量以光辐射形式放出即自发辐射。

特点：自发辐射是仅与原子自身性质有关的随机过程，自发辐射的光在方向、偏振、相位方面都没有确定的关系，因此是不相干的。

激光原理考试重点

激光原理考试要点第一章激光的基来源理1.光子的颠簸属性包含什么？动量与波矢的关系？光子的粒子属性包含什么？质量与频次的关系？答：光子的颠簸性包含频次，波矢，偏振等。

粒子性包含能量，动量，质量等。

动量与波矢：质量与频次：2.观点：相格、光子简并度。

答：在六维相空间中，一个光子态对应的相空间体积元为，上述相空间体积元称为相格。

处于同一光子态的光子数称为光子简并度，它拥有以下几种同样含义：同态光子数、同一模式内的光子数、处于相关体积内的光子数、处于同一相格内的光子数3.光的自觉辐射、受激辐射爱因斯坦系数的关系答：自觉跃迁爱因斯坦系数：. 受激汲取跃迁爱因斯坦系数： ) 。

受激辐射跃迁爱因斯坦系数：。

关系： ;;为能级的统计权重 ( 简并度 )当时有4.形成稳固激光输出的两个充足条件是起振和稳固振荡。

形成激光的两个必需条件是粒子数反转散布和减少振荡模式数5.激光器由哪几部分构成？简要说明各部分的功能。

答：激光工作物质：用来实现粒子数反转和产生光的受激发射作用的物质系统。

接收来自泵浦源的能量，对外发射光波并能够激烈发光的活跃状态，也称为激活物质。

泵浦源：供给能量，实现工作物质的粒子数反转。

光学谐振腔： a) 供给轴向光波模的正反应； b) 模式选择，保证激光器单模振荡，进而提升激光器的相关性。

6.自激振荡的条件？答：条件：此中为小信号增益系数：为包含放大器消耗和睦振腔消耗在内的平均消耗系数。

7.简述激光的特色？答：单色性，相关性，方向性和高亮度。

8.激光器分类：固体液体气体半导体染料第二章开放式光腔与高斯光束1.开放式谐振腔依据光束几何偏折消耗的高低，能够分为稳固腔、非稳腔、临界腔。

2.驻波条件，纵模频次间隔答：驻波条件：应知足等式：式中，为平均平面波在腔内来回一周时的相位滞后；为光在真空中的波长；为腔的光学长度；为正整数。

相长干预时与的关系为：或用频次来表示：.纵模频次间隔：不一样的 q 值相应于不一样的纵模。

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激光原理期末知识点总复习材料2.激光特性：单色性、方向性、相干性、高亮度3.光和物质的三种相互作用：自发辐射，受激吸收，受激辐射4.处于能级u 的原子在光的激发下以几率向能级1跃迁，并发射1个与入射光子全同的光子，Bul 为受激辐射系数。

5.自发辐射是非相干的。

受激辐射与入射场具有相同的频率、相位和偏振态，并沿相同方向传播，因而具有良好的相干性。

6.爱因斯坦辐射系数是一些只取决于原子性质而与辐射场无关的量，且三者之间存在一定联系。

7.产生激光的必要条件：工作物质处于粒子数反转分布状态8.产生激光的充分条件：在增益介质的有效长度内光强可以从微小信号增长到饱和光强Is9.谱线加宽特性通常用I 中频率处于ν～ν+d ν的部分为I(ν)d ν,则线型函数定义为线型函数满足归一化条件：10.的简化形式。

11.四能级比三能级好的原因：更容易形成粒子数反转画出四能级系统的能级简图并写出其速率方程组()()()()　Rll l l l N N n f f n dt dN nn n n n A n W n s n dtdn S n S A n N n f f n dt dn A S n W n dtdn τυννσυννσ-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-==++++-=++-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--=+-=021112203213030010103232121202111222313230303,,ρul ul B W =1)(=⎰∞∞-ννd g 121212)(-+=S A τ12E 2112.13.14.15.程的本征函数和本征值。

研究方法：①几何光学分析方法②矩阵光学分析方法③波动光学分析方法。

处于运转状态的激光器的谐振腔都是存在增益介质的有源腔。

16.腔模沿腔轴线方向的稳定场分布称为谐振腔的纵模，在垂直于腔轴的横截面内的稳定场分布称为谐振腔的横模。

17.腔长和折射率越小，纵模间隔越大。

对于给定的光腔，纵模间隔为常数，腔的纵模在频率尺上是等距排列的不同的横模用横模序数m,n 描述。

《激光原理》复习

《激光原理》复习⼀. 选择题（单选）（共20分，共10题，每题2分)1. 下列表达式哪⼀个不是激光振荡正反馈条件： D 。

A. q kL π22= B. q LCq 2=ν C. q L q 2λ= D. q kL π=2 2. 下列条件哪⼀个是激光振荡充分必要条件： A 。

（δφ为往返相移） A. lr r G q )ln(,2210-≥-=απδφ B. 0,2≥?-=n q πδφC. 0,20≥?-=n q πδφ D. 0,20≥-=G q πδφ3. 下列腔型中，肯定为稳定腔的是 C 。

A. 凹凸腔 B. 平凹腔 C. 对称共焦腔 D. 共⼼腔4. 下⾯物理量哪⼀个与激光器阈值参数⽆关， D 。

A. 单程损耗因⼦ B. 腔内光⼦平均寿命 C. Q 值与⽆源线宽 D. ⼩信号增益系数5. ⼀般球⾯稳定腔与对称共焦腔等价，是指它们具有： A 。

A.相同横模 B.相同纵模 C.相同损耗 D. 相同谐振频率6. 下列公式哪⼀个可⽤于⾼斯光束薄透镜成像 A 其中if z q +=，R 为等相位⾯曲率半径，L 为光腰距离透镜距离。

A ．F q q 11121=-；B. F R R 11121=-；C. F L L 11121=-；D.FL L 11121=+ 7. 关于⾃发辐射和受激辐射，下列表述哪⼀个是正确的 C 。

A. 相同两能级之间跃迁，⾃发辐射跃迁⼏率为零，受激辐射跃迁⼏率不⼀定为零；B. ⾃发辐射是随机的，其跃迁速率与受激辐射跃迁速率⽆关；C. 爱因斯坦关系式表明受激辐射跃迁速率与⾃发辐射跃迁速度率成正⽐；D. ⾃发辐射光相⼲性好。

8.⼊射光作⽤下， CA. 均匀加宽只有部份原⼦受激辐射或受激吸收；B. ⾮均匀加宽全部原⼦受激辐射或受激吸收；C. 均匀加宽原⼦全部以相同⼏率受激辐射或受激吸收；D. ⾮均匀加宽全部原⼦以相同⼏率受激辐射或受激吸收。

9. 饱和光强 C A ．与⼊射光强有光 B. 与泵浦有关； C. 由原⼦的最⼤跃迁截⾯和能级寿命决定； D. 与反转集居数密度有关。

激光原理复习资料

激光原理复习资料一、选择题1. 在光和原子体系的相互作用中，自发辐射和受激吸收总是（D ）存在的。

A.. 都不B. 不同时C. 一种或两种D.同时2. 在共轴球面谐振腔，如果腔体是稳定的，则腔需要满足的是（A ）A. 1021<<g gB. 121>g gC. 0g 12121==g g g 或D. 121<g g3. 对称共焦腔的1D A 21-=+）（，就稳定性而言，此对称共焦腔是（A ） A.稳定腔 B.非稳定腔 C.混合腔 D.任意腔4. 半导体发光二极管发出的光是（C ）A.自然光B. 激光C. 荧光D.任意光5. 以下那个不是激光武器所具有的优点（B ）A.无需进行弹行计算B.有小的后座力C.操作简便，移动灵活，使用范围广D.污染，消费比高6.以下哪个过程能实现激光的光放大（C ）A.受激吸收B.自发辐射C.受激辐射D.自发辐射和受激辐射7.四价的本征导体Si ，Ge 等，掺入少量三价的杂志元素（如B ，Ga ，Ze 等）形成空穴为（D ）A.绝缘体B.导体C. n 型导体D.P 型半导体8.以下不是激光器的基本组成部分的是（B ）A.工作物质B.谐振腔C.泵浦原D.发光二极管二、填空题1.激光器的基本组成包括工作物质、谐振腔、泵浦原.2.激光器按工作物质可以分为固体激光器、气体激光器、染料激光器、半导体激光器。

3.在现代的激光器中，第一台激光器红宝石激光器是三能级系统，钕玻璃激光器是四能级系统。

4.产生激光的必要条件是实现粒子反转。

5.激光的四个特性分别是方向性、单色性、高亮度、相干性。

6.激光的调制技术按调制的物理效应可以分为电光调制、声光调制、磁光调制。

7.激光武器的杀伤机理是烧灼效应、激波效应、辐射效应。

8.调Q技术产生激光脉冲主要有锁模、调Q两种方法，调Q激光器通常可以获得ns量级，锁模有主动锁模和被动锁模两种锁模方式。

9.固体激光器主要的泵浦源有氪灯泵浦、高效脉冲氙灯泵浦等。

激光原理问答题复习资料全

一、概念题：1.光子简并度：处于同一光子态的光子数称为光子简并度-n 。

（光子简并度具有以下几种相同的含义，同态光子数、同一模式的光子数、处于相干体积的光子数、处于同一相格的光子数。

）2.集居数反转：把处于基态的原子大量激发到亚稳态E2，处于高能级E2的原子数就可以大大超过处于低能级E1的原子数，从而使之产生激光。

称为集居数反转(也可称为粒子数反转)。

3.光源的亮度：单位截面和单位立体角发射的光功率。

4.光源的单色亮度：单位截面、单位频带宽度和单位立体角发射的光功率。

5.模的基本特征：主要指的是每一个摸的电磁场分布，特别是在腔的横截面的场分布；模的谐振频率；每一个模在腔往返一次经受的相对功率损耗；与每一个模相对应的激光束的发散角。

6.几何偏折损耗：光线在腔往返传播时，可能从腔的侧面偏折出去，这种损耗为几何偏折损耗。

（其大小首先取决于腔的类型和几何尺寸，其次几何损耗的高低依模式的不同而异。

）7.衍射损耗：由于腔的反射镜片通常具有有限大小的孔径，当光在镜面上发生衍射时所造成一部分能量损失。

（衍射损耗的大小与腔的菲涅耳数 N ＝2a ／L λ有关，与腔的几何参数g 有关，而且不同横模的衍射损耗也将各不相同。

）8.自再现模：光束在谐振腔经过多次反射，光束的横向场分布趋于稳定，场分布在腔往返传播一次后再现出来，反射只改变光的强度大小，而不改变光的强度分布。

9.开腔的自再现模或横模：把开腔镜面上的经一次往返能再现的稳态场分布称为开腔的自再现模或横模。

10.自再现变换：如果一个高斯光束通过透镜后其结构不发生变化,即参数ω。

或f 不变,则称这种变换为自再现变换。

11.光束衍射倍率因子2M 定义：实际光束的腰半径与远场发射角的乘积与基模高斯光束的腰半径与远场发散角的乘积的比。

12.均匀加宽：如果引起加宽的物理因素对每个原子都是等同的,则这种加宽称作均匀加宽。

（均匀加宽,每个发光原子都以整个线型发射,不能把线型函数上的某一特定频率和某些特定原子联系起来,或者说,每一发光原子对光谱线任一频率都有贡献。

激光原理复习资料整理总结

第一章1.1900年，普朗克(M.Planck)提出辐射能量量子化假说，精确的解释了黑体辐射规律。

获得1918年诺贝尔物理学奖。

能量子概念:物质吸收和发射电磁能量是一份一份的进行的。

2.1905年，爱因斯坦(A. Einstein)为解释光电效应定律提出光量子假说。

获得1921年诺贝尔物理学奖。

光量子:简称光子或者photon，即光场本身的能量就是一份一份的。

3.光量子的概念（爱因斯坦）：光量子简称光子或者photon，即光场本身的能量就是一份一份的。

爱因斯坦假设：光、原子、电子一样具有粒子性，光是一种以光速c运动的光子流，光量子假说成功地解释了光电效应。

光子（电磁场量子)和其他基本粒子一样，具有能量、动量和质量等。

粒子属性:能量、动量、质量；波动属性:频率、波矢、偏振4.光子既是粒子又是波，具有波粒二象性!5.属性：①光子的能量：ε=hv，普朗克常数： h=6.626x10−36J.s②光子的运动质量m：m=εc2=ℎvc2③光子的动量P⃑：P⃑=mcn0⃑⃑⃑⃑ =ℎvc n0⃑⃑⃑⃑ =ℎ2π2πλn0⃑⃑⃑⃑④光子的偏振态：光子具有两种可能的独立偏振状态，对应于光波场的两个独立偏振方向。

⑤光子的自旋：光子具有自旋，并且自旋量子数为整数，处于同一状态的光子数目是没有限制的。

6.光子相干性的重要结论：①相格空间体积以及一个光波模式或光子状态占有的空间体积都等于相干体积②属于同一状态的光子或同一模式的光波是相干的，不同状态的光子或不同模式的光波是不相干的。

7.光子简并度：处于同一光子态的光子数称为光子简并度。

具有以下几种相同的含义:同态光子数、同一模式内的光子数、处于相干体积内的光子数、处于同一相格内的光子数。

好的相干光源:高的相干光强，足够大的相干面积，足够长的相干时间(或相干长度)。

8.1913年，玻尔(Niels Bohr)建立氢原子结构模型，成功解释并预测了氢原子的光谱。

获得1922年诺贝尔物理学奖9.1946年，布洛赫(Felix Bloch)提出粒子数反转概念。

激光原理复习知识点

激光原理复习知识点
激光（Laser）是一种特殊的光源，具有高亮度、高单色性和高直线度等特点，广泛应用于医疗、通信、材料加工等领域。

激光的产生是基于激光原理，本文将围绕激光原理展开复习，帮助读者更好地理解激光的工作原理及常见应用。

1. 光的特性：
光是电磁波的一种，具有波粒二象性。

在光学中，我们常常将光看作是一束光线，使得光的传播更易于理解。

光的主要特性包括波长、频率、振幅和相位等。

2. 激射过程：
激光的产生是通过光子在外部受激辐射的作用下，从处于激发态的原子或分子中重新退激而产生。

这个过程需要一种激光介质，如气体、固体或液体，以及与之匹配的能量源，如泵浦光源或电子束。

3. 受激辐射：
在激光介质中，经过泵浦作用，一部分原子或分子被激发到激发态。

当这些处于激发态的粒子受到外界能量刺激时，会从高能级跃迁到较低能级，释放出额外的光子，这就是受激辐射。

这些受激辐射的光子可以与其他激发态粒子进行相互作用，进一步增强受激辐射的效果。

4. 波导结构：
为了通过受激辐射实现激光的放大和反射，激光器通常采用波导结构。

波导结构允许激光光束在其中传播，而不会发生较大的损耗。

波导结构可以是导光纤、半导体器件或光学腔等形式。

5. 消谐：
在激光器中，为了保持单一频率的输出，需要进行消谐。

消谐可以通过调整激光介质的性质或使用消谐元件来实现。

消谐的目的是确保激光器输出的光具有较窄的频谱宽度，以便于在通信和光谱分析等应用中的有效使用。

6. 光的放大：。

激光原理-概念复习

1、光子的概念及特点。

2、概述光和物质相互作用的三个过程。

画出其作用示意图，并且对比自发辐射和受激辐射的特点。

（30. 光与物质的相互作用有哪几种基本过程？分别解释它们的具体表现。

）3、由跃迁概率导出爱因斯坦系数关系。

4、光放大的概念、实现光放大的条件（集居粒子数反转）。

5、增益饱和现象及其物理机制（当外界光场强度增加，介质增益系数下降；大量消耗反转粒子数导致增益系数下降直至损耗系数）6、简述自激振荡形成的过程。

激光器振荡的条件（P18）。

7、增益系数的定义式及意义。

8、激光器的特点。

（激光与普通光源的区别是什么？激光具有什么特性？试列举激光的某一个特性在工业或其他领域中的应用。

答：激光的相干性。

由于激光是一种受激辐射光。

因此具有单色性、方向性、相干性和高强度这四个特性。

如氦氖激光器具有很好的方向性，可以在工业中用于准直；二氧化碳激光器具有很好的强度，可以用于金属材料的切割、焊接、打孔等。

）CH21、激光器的基本结构包括三个部分，简述这三个部分的作用。

激光工作物质，激励能源（泵浦）和光学谐振腔。

2、试列举三种激光振荡腔模式的分析方法，讨论这些分析方法的特点和应用范围。

答：激光振荡腔模式分析方法有几何光学理论、波动光学理论和费聂耳-基尔霍夫衍射积分方程等三种理论。

透镜波导可以认为是几何光学理论中的一种；波动方程理论主要是从麦克斯韦方程出发，结合光学谐振腔的具体特性。

采取适当的近似，从而达到对腔模的振幅分布、相位分布、谢振频率和衍射损耗等。

但是只有对称共焦腔才能求解出衍射积分方程的近似解析解。

但是，通过建立一般稳定球面腔与对称共焦腔之间的等价性。

可以将对称共焦腔模式解析理论结果推广到一般的稳定球面腔。

3、开腔的概念、模式的基本特征、开腔的谐振条件。

光腔的损耗。

27.什么是对称共焦腔与一般稳定球面腔的等价性。

4、自再现模的起因及特点CH41. 根据引起谱线增宽的原因不同以及谱线增宽的特点不同，分别描述谱线增宽的类型及物理机制、2、讨论均匀加宽和非均匀加宽的区别。

激光原理复习知识点

一名词解释1. 损耗系数及振荡条件: 0)(m ≥-=ααS o I g I ,即α≥o g 。

α为包括放大器损耗和谐振腔损耗在内的平均损耗系数。

2. 线型函数：引入谱线的线型函数pv p v v )(),(g 0~=，线型函数的单位是S ，括号中的0v 表示线型函数的中心频率，且有⎰+∞∞-=1),(g 0~v v ，并在0v 加减2v ∆时下降至最大值的一半。

按上式定义的v ∆称为谱线宽度。

3. 多普勒加宽:多普勒加宽是由于做热运动的发光原子所发出的辐射的多普勒频移所引起的加宽。

5. 谐振腔的Q 值:无论是LC 振荡回路，还是光频谐振腔，都采用品质因数Q 值来标识腔的特性。

定义p v P w Q ξπξ2==。

ξ为储存在腔内的总能量，p 为单位时间内损耗的总能量。

v 为腔内电磁场的振荡频率。

6. 兰姆凹陷：单模输出功率P 与单模频率q v 的关系曲线，在单模频率等于0的时候有一凹陷，称作兰姆凹陷。

这种使激光器获得更窄得脉冲技术称为锁模。

8. 光波模：在自由空间具有任意波矢K 的单色平面波都可以存在，但在一个有边界条件限制的空间V 内，只能存在一系列独立的具有特定波矢k 的平面单色驻波;这种能够存在腔内的驻波成为光波模。

9. 注入锁定：用一束弱的性能优良的激光注入一自由运转的激光器中，控制一个强激光器输出光束的光谱特性及空间特性的锁定现象。

（分为连续激光器的注入锁定和脉冲激光器的注入锁定）。

激光原理复习要点

激光原理复习要点激光原理复习要点第⼀章激光的基本原理⼀、激光的基本性质：1.光⼦的能量与光波频率对应νεh =；2.光⼦具有运动质量22ch cm νε==；3.光⼦的动量与单⾊波的波失对应k n mc p==0；4.光⼦具有两种可能的偏振态，对应光波场的两个独⽴偏振⽅向；5.光⼦具有⾃旋，且⾃旋量⼦数为整数。

⼆、光⼦的相⼲性：1.相⼲性：在不同的空间点上，在不同的时刻的光波场的某些特性（例如光波场的相位）的相关性。

2.相⼲体积：在空间体积为c V 内的各点光波场都具有明显的相⼲性。

3.相⼲长度：光波波列的长度。

4.光源的单⾊性越好，则相⼲时间越长。

5.关于相⼲性的两个结论：（1）相格空间体积以及⼀个光波模式或光⼦偏振态占有的空间都等于相⼲体积。

（2）属于同⼀状态的光⼦或同⼀个模式的光波是相⼲的，不同状态的光⼦、不同模式的光波是不相⼲的。

三、光⼦简并度：同⼀状态的光⼦数、同⼀模式的光⼦数、处于相⼲体积的光⼦数、处于同⼀相格的光⼦数。

四、⾃发辐射：处于⾼能级的⼀个原⼦⾃发地向低能级跃迁，并发射出⼀个能量为νh 的光⼦，这种过程叫⾃发跃迁，由原⼦⾃发跃迁发出的光成为⾃发辐射。

五、受激辐射：处于上能级的原⼦在频率为ν辐射场作⽤下，跃迁⾄低能级，并辐射出⼀个能量为νh 的光⼦，受激辐射跃迁发出的光成为受激辐射。

六、受激吸收：处于低能级的⼀个原⼦，在频率为ν的辐射场作⽤下，吸收⼀个能量为νh 的光⼦并向⾼能级跃迁。

七、辐射跃迁：⾃发辐射跃迁、受激辐射跃迁，⾮辐射跃迁：受激吸收⼋、增益系数：⽤来表⽰光通过单位长度激活物质后光强增长的百分⽐。

()()z I dz z dI g 1=。

九、饱和增益：增益系数g 随着z 的增加⽽减⼩，这⼀现象称为饱和增益。

⼗、引起饱和增益的原因：1.光强I 的增加是以⾼低能级粒⼦数差的减⼩为代价的。

2.光强越⼤，⾼低能级的粒⼦数差减⼩的就越多，所以g 也随z 的增⼤⽽减⼩。

⼗⼀、光谐振腔的作⽤：1.模式选择，保证激光器单模振荡，从⽽提⾼相⼲性。

激光原理考试复习资料

1.激光原理（概念，产生）：激光的意思是“光的受激辐射放大”或“受激发射光放大”，它包含了激光产生的由来。

刺激、激发，散发、发射，辐射2.激光特性：（1）方向性好（2）亮度高（3）单色性好（4）相干性好：3.激光雷达：激光雷达，是激光探测及测距系统的简称。

工作在红外和可见光波段的雷达称为激光雷达。

4.激光的回波机制：激光雷达的探测对象分为两大类，即软目标与硬目标。

软目标是指大气和水体（包括其中所包含的气溶胶等物质）等探测对象，而硬目标则是指陆地、地物以及空间飞行物等宏观实体探测对象。

软目标的回波机制：（1）Mie散射是一种散射粒子的直径与入射激光波长相当或比之更大的一种散射机制。

Ｍie散射的散射光波长与入射光波长相当，散射时光与物质之间没有能量交换发生。

因此是一种弹性散射。

（2）Rayleigh散射（瑞利散射）：指散射光波长等于入射光波长，而且散射粒子远远小于入射光波长，没有频率位移（无能量变化，波长相同）的弹性光散射。

（3）Raman散射（拉曼散射）：拉曼散射是激光与大气和水体中各种分子之间的一种非弹性相互作用过程，其最大特点是散射光的波长和入射光不同，产生了向长波或短波方向的移动。

而且散射光波长移动的数值与散射分子的种类密切相关。

（4）共振荧光：原子、分子在吸收入射光后再发射的光称为荧光.当入射激光的波长与原子或分子内能级之间的能量差相等时，激光与原子或分子的相互作用过程变为共振荧光。

（5）吸收：吸收是指当入射激光的波长被调整到与原子分子的基态与某个激发态之间的能量差相等时，该原子、分子对入射激光产生明显吸收的现象。

硬目标的回波机制：激光与由宏观实体构成的硬目标作用机制反射、吸收和透射。

当一束激光射向硬目标物体时，一部分激光能量从物体表面反射、一部分激光能量被物体吸收、而剩下的激光能量则将穿透该物体。

硬目标对激光能量的反射机制最为重要。

硬目标回波机制包括：镜面反射、漫反射，方向反射1.机载激光雷达系统组成：机载LiDAR系统由测量激光发射点到被测点间距离的激光扫描仪、测量扫描装置主光轴的空间姿态参数的高精度惯性导航系统（IMU）、用于确定扫描投影中心的空间位置的动态差分全球导航定位系统（DGPS）、确保所有部分之间的时间同步的同步控制装置、搭载平台等部分组成。

激光原理考试复习资料.doc

1•激光原理（概念，产生）：激光的意想、是“光的受激辐射放大”或“受激发射光放人”，它包含了激光产生的由来。

刺激、激发，散发、发射，辐射2•激光特性：（1）方向性好（2）亮度高（3）单色性好（4）相干性好：3•激光雷达：激光雷达，是激光探测及测距系统的简称。

丄作在红外和町见光波段的雷达称为激光雷达。

4.激光的回波机制：激光雷达的探测对象分为两大类，即软目标与硕目标。

软目标是指大气和水体（包括其中所包含的气溶胶等物质）等探测对象，而硕FI标则是指陆地、地物以及空间飞行物等宏观实体探测对象。

软目标的回波机制：（1）Mie散射是一种散射粒了的氏径与入射激光波长相当或比之更人的一种散射机制。

M ie 散射的散射光波长与入射光波氏相当，散射时光与物质Z间没冇能量交换发生。

因此是一种弹性散射。

（2）Rayleigh散射（瑞利散射）：指散射光波长等于入射光波长，而散射粒了远远小于入射光波长，没有频率位移（无能量变化，波长相同）的弹性光散射。

（3）Raman散射（拉曼散射）：拉曼散射是激光与大气和水体中各种分子之间的一种非弹性相互作用过程，英最大特点是散射光的波长和入射光不同，产生了向长波或煎波方向的移动。

而且散射光波长移动的数值与散射分子的种类密切相关。

（4）共振荧光：原子、分子在吸收入射光后再发射的光称为荧光.当入射激光的波长与原子或分子内能级Z间的能量差相等时，激光与原子或分子的相互作用过程变为共振荧光。

（5）吸收：吸收是指当入射激光的波长被调整到与原了分了的基态与某个激发态之间的能量差相等时，该原子、分子对入射激光产生明显吸收的现象。

硬冃标的冋波机制：激光与由宏观实体构成的硕冃标作用机制反射、吸收和透射。

当一束激光射向硬目标物体时，一部分激光能量从物体表面反射、一•部分激光能量被物体吸收、而剩下的激光能量则将穿透该物体。

硕冃标对激光能量的反射机制最为重耍。

硬目标冋波机制包括：镜面反射、漫反射，方向反射1•机载激光雷达系统组成：机载LiDAR系统由测量激光发射点到被测点间距离的激光扫描仪、测量扫描装置主光轴的空I'可姿态参数的高精度惯性导航系统（IMU）、用丁•确定扫描投影中心的空间位置的动态差分全球导航定位系统（DGPS）、确保所冇部分Z间的时间同步的同步控制装置、搭载平台等部分纽成。