[物理]激光的基本原理及其特性
合集下载
激光的基本原理及其特性
物理与电子工程学院
《激光原理与技术》
•光的放大作用的大小通常用放大 光的放大作用的大小通常用放大 增益）系数G来描述。 （增益）系数G来描述。P8!
I ( z)
I (l ) I + dI I
dI = G ( z ) I ( z )dz
原子数按能级分布
热平衡时， 热平衡时，单位体积内处于各个能级上的原子数分布
玻尔兹曼分布律: 玻尔兹曼分布律:
N2 −( E2 −E1 ) kT =e N1
E E2 E1 N1 N2 N
高 能 级 低 能 级
物理与电子工程学院
《激光原理与技术》
§1.2.1 二能级系统的三种跃迁
3-01光源、光波叠加.exe
3、光子简并度与激光的强度 、
激光的强度： 激光的强度：
I = cωv= nchv /η
光子简并度越大， 光子简并度越大，同一光子态的光的能量越大 激光的简并度是很高的， 激光的简并度是很高的，如He—Ne激光器 激光器
n = 4×10 ×
11
对于普通光源到目前为止还没有发现 n > 1 的
光源亮度是指光源单位发光表面在单位时间内沿 单位立体角所发射的能量 普通光源的亮度，太阳表面的亮度比蜡烛大30万 普通光源的亮度，太阳表面的亮度比蜡烛大30万 30 比白炽灯大几百倍。 倍，比白炽灯大几百倍。 普通的激光器的输出亮度， 普通的激光器的输出亮度，比太阳表面的亮度大 10亿倍 亿倍。 10亿倍。 激光器的输出功率并不一定很高， 激光器的输出功率并不一定很高，但由于光束很 光脉冲窄，光功率密度却非常大。 细，光脉冲窄，光功率密度却非常大。
∴ B21 · ρ (ν21) · N1 >> B12 · ρ (ν21) · N2
激光的产生原理及其特性课件
未来需要加强激光技术与其他领域的交叉融合，开拓新的应用领域，推动激光技术 的创新发展。
同时，需要加强激光技术的安全性和稳定性研究，确保其在应用过程中的安全可靠 。
THANKS
感谢观看
研发更高功率的激光器， 以满足工业、医疗和科研 等领域对高能量激光的需 求。
新型激光材料
探索新型激光材料，如有 机激光晶体、光子晶体等 ，以提高激光器的性能和 稳定性。
微型激光器
研究微型化、集成化的激 光器，用于微纳加工、光 通信和生物医疗等领域。
激光技术的改进与创新
新型调制技术
研究新型的激光调制技术，以提 高激光的传输效率和稳定性。
03
激光的应用
工业制造
激光切割
利用高能激光束对材料 进行精确切割，具有高 精度、高效率的特点。
激光焊接
通过激光束将材料熔化 并连接在一起，广泛应 用于金属制品的焊接。
激光打标
在各种材料表面进行永 久性标记，广泛应用于
产品标识和防伪。
激光清洗
利用激光能量去除物体 表面的污垢、油渍等， 具有环保、高效的优点
高亮度
总结词
激光的亮度极高，远超过普通光源。
详细描述
由于激光的单色性和方向性，使得激光在单位面积上能够产生更高的亮度。这种高亮度特性使得激光 在科学研究、工业加工等领域具有广泛的应用，例如激光切割、激光焊接等。
相干性
总结词
激光的相干性极高，光波列整齐有序 。
详细描述
由于激光的频率单一、相位一致，因 此激光具有极高的相干性。这种特性 使得激光在干涉测量、全息成像等领 域具有广泛的应用。
光的干涉
光的干涉是指两束或多束光波在空间相遇时，由于光波的振 动相位关系而产生的加强或减弱的现象。在激光产生过程中 ，干涉作用使得光波能量在空间中形成有规律的分布，从而 形成稳定的干涉图案。
同时，需要加强激光技术的安全性和稳定性研究，确保其在应用过程中的安全可靠 。
THANKS
感谢观看
研发更高功率的激光器， 以满足工业、医疗和科研 等领域对高能量激光的需 求。
新型激光材料
探索新型激光材料，如有 机激光晶体、光子晶体等 ，以提高激光器的性能和 稳定性。
微型激光器
研究微型化、集成化的激 光器，用于微纳加工、光 通信和生物医疗等领域。
激光技术的改进与创新
新型调制技术
研究新型的激光调制技术，以提 高激光的传输效率和稳定性。
03
激光的应用
工业制造
激光切割
利用高能激光束对材料 进行精确切割，具有高 精度、高效率的特点。
激光焊接
通过激光束将材料熔化 并连接在一起，广泛应 用于金属制品的焊接。
激光打标
在各种材料表面进行永 久性标记，广泛应用于
产品标识和防伪。
激光清洗
利用激光能量去除物体 表面的污垢、油渍等， 具有环保、高效的优点
高亮度
总结词
激光的亮度极高，远超过普通光源。
详细描述
由于激光的单色性和方向性，使得激光在单位面积上能够产生更高的亮度。这种高亮度特性使得激光 在科学研究、工业加工等领域具有广泛的应用，例如激光切割、激光焊接等。
相干性
总结词
激光的相干性极高，光波列整齐有序 。
详细描述
由于激光的频率单一、相位一致，因 此激光具有极高的相干性。这种特性 使得激光在干涉测量、全息成像等领 域具有广泛的应用。
光的干涉
光的干涉是指两束或多束光波在空间相遇时，由于光波的振 动相位关系而产生的加强或减弱的现象。在激光产生过程中 ，干涉作用使得光波能量在空间中形成有规律的分布，从而 形成稳定的干涉图案。
激光什么原理是什么
激光什么原理是什么
激光的原理是基于激光放大的过程。
激光的产生是通过受激辐射过程和光学谐振器的共同作用实现的。
首先，需要有一个激活介质。
激活介质可以是固体、液体或气体，通常包含具有激发能级的原子、分子或离子。
当激活介质中的原子、分子或离子受到外界输入的能量或光子的激发时，它们会升级到一个高能级。
这个激发态是不稳定的，原子、分子或离子倾向于回到低能级并释放出多余的能量。
在光学谐振器中，通常由两个反射镜构成，一个是半透镜，另一个是完全反射镜。
当处于高能级的原子、分子或离子回到低能级时，它们会通过受激辐射的过程释放出能量。
这些能量被反射镜反射并传输回受激介质中，进一步激发更多的原子、分子或离子到高能级。
这样的连锁反应导致了大量的原子、分子或离子从高能级跃迁到低能级，释放出更多的能量。
这个能量以高度一致的频率和相位在光学谐振器中反复传播，形成了一束非常集中而且相干性极高的光，即激光。
总结一下，激光的原理是通过受激辐射过程和光学谐振器的作用，将激活介质中的原子、分子或离子从高能级回到低能级释放能量，形成高度一致的频率和相位的光束。
激光的产生原理及其特性(精)
受激辐射:处在激发态能级上的原子，若有一个外来光子趋 近它，这原子就可能受了外来光子的“刺激”(或者称 “感应”)，从高能级En向基态Em跃迁而辐射出光子，这 个过程称做受激辐射，受激辐射产生的光子和外来光子有 完全相同的特征，就是它们的频率、位相、振动方向和传 播方向都相同,是特征完全相同的相干光.
激光的亮度高和方向性极好的特点，研究啦激光测距仪， 激光雷达和激光准直仪。 下面这个图就是用激光雷达来测量风速的装置
激光加工．在现代工业中，一些强 度大且熔点商的材料的使用相当普 遍。如果进行打孔或切割，用机械 方 法是很困难的。例如．加工手表中 的钻石轴承．是在比芝麻还要小的 钻石上打孔．要求误差不能超过头 发的l／20，目前使用激光来打孔， 比机械打孔的效率提高100倍。 在加工工业中，高功率的c 激光器可 用于打孔．切割与焊接等．通过微 机控制可以作复杂形状的切割． 而低功率的COz激光器可用于切割 塑料、陶瓷和纺织品等．切后边缘 比较平整，不需进一步处理。
激光通信．又叫做光纤通信．它是刺用比头发还细的玻璃纤 维来传播光信号的．光纤通信的优点是t频带 宽，通信容量大，传输速度快．一根光鲆可同时传送l0”路电 话和l0’套彩电节目．而一根普通导线只能同时通 2—3路电话．目前．应用光奸敖据传输速度为3．4Gblt／s， 而实验室试验光纤的速度已达16Gblt／s．整套大英百 科全书的内窖可在不到一秒的时J可内传送完毕．
澈光武器．叉名死光武器．它的子 弹是光子．速度是3xloIm／s．一旦 瞄准目标，几乎不用多少时间就可 把目标摧毁．激光武器的破坏作用 有两十方面．一是高能激光束的机 械破坏作用．使飞机或卫星的重要 部件穿 孔而损坏，二是激光的光学破坏作 用．凳胃陆军正在发展PL 一s激光 武器，可装到M —l6步枪上．它能 使敲 ^双目失明而丧失战斗力，还能探测 和破坏敲^的光学传感器．据 算， 飞机驾驶员被激光致盲lO-3Os，就 可 导承飞机坠毁．
激光原理与技术
激光的特性：方向性好、单色好、相干性好、亮度高。
由于谐振腔对光振荡方向的限制，激光只有沿腔轴方向受激辐射才能振荡放大，所以激光具有很高的方向性。
半导体激光器的方向性最差。
衍射极限θm≈1.22λD(λ为波长，D为光束直径)；激光是由原子受激辐射而产生，因而谱线极窄，所以单色性极好。
单模稳频气体激光器的单色性最好，半导体激光器的单色性最差；激光是通过受激辐射过程形成的，其中每个光子的运动状态（频率、相位、偏振态、传播方向）都相同，因而是最好的相干光源。
激光是一种相干光这是激光与普通光源最重要的区别；激光的高方向性、单色性等特点，决定了它具有极高的单色定向亮度。
相干性包括时间相干和空间相干，有时用相干长度L C=C∆V 来表示相干时间。
自发辐射：处于高能级E2的原子自发地向低能级跃迁，并发射出一个能量为hv=E2−E1的光子，这个过程称为自发跃迁。
自发辐射跃迁概率（自发跃迁爱因斯坦系数）A21=（dn21dt ）sp1n2=−1n2dn2dt（n2为E2能级总粒子数密度；dn21为dt时间内自发辐射跃迁粒子数密度）；受激辐射：在频率为v=(E2−E1)/h的光照激励下，或在能量为hv=E2−E1的光子诱发下，处于高能级E2上的原子可能跃迁到低能级E1，同时辐射出一个与诱发光子的状态完全相同的光子，这个过程称为受激辐射跃迁W21=（dn21dt ）st1n2=−1n2dn2dt。
受激辐射跃迁与自发辐射跃迁的区别在于，它是在辐射场（光场）的激励下产生的，因此，其月前概率不仅与原子本身的性质有关，还与外来光场的单色能量密度ρv成正比，W21=B21ρv，B21称为爱因斯坦系数；受激吸收：处于低能级E1的原子，在频率为v的光场作用（照射）下，吸收一个能量为h v21的光子后跃迁到高能级E2的过程称为受激吸收跃迁，受激吸收恰好是受激辐射的反过程。
受激吸收跃迁概率W12=（dn12dt ）st1n1=1n1dn2dt，与上个概念类似，W12=B12ρv，B12称为爱因斯坦系数。
激光的原理与特性
3、亮度高强度大
亮度是光源在单位面积上，向某一方向的 单位立体角内发射的功率.
1米长的40W日光灯,与1米长的40W CO2 激光器 相比亮度相差1010=100亿倍. 红宝石脉冲激光器1016KW/cm2比太阳高100 亿倍.
可用于制造微光武器，在千分之几秒内将 钢板击穿，也可用于控核聚变，触发氢弹。 激光碎石术正是利用此特性。
• 辐射亮度,与人眼对不同波长的感觉无关. YAG激光看不见,但可以切割骨骼、肿瘤等， He-Ne激光能看见，但只能做理疗。
相干性好
若频率相同、振动方向相同的两列波，在相 遇处位相差恒定，这两列波就是相干的。
激光是受激辐射，受激辐射的光子其频率和 振动方向均相同，且光子之间又相互关联，所 以在较长时间内位相差可保持恒定的。因此， 激光具有很好的相干性。
2、激光生物作用机理
• 光致发光作用 • 光致发热作用 • 光敏压强作用 • 光致化学反应 • 光的电磁场作用 • 光致生物刺激作用
3、激光治疗的基本方法及其原理
激光外科术 激光针灸术 激光光动力学术
激光理疗术 激光内镜术
a.激光外科手术
切割:激光光刀(热光刀、冷光刀) 止血:激光光凝 缝合:激光焊接粘合
c、激光穴位治疗
用弱激光的生物刺激作用代替传统的针和灸的刺激进 行治疗称之为激光穴位治疗。
激光穴位治疗对人体作用的基础实验 He-Ne激光穿透能力研的究实验研究
穴位的特异性实验研究 热效应实验研究 对皮肤电阻影响实验研究 对神经系统及肌肉组织的影响实验研究 激光穴位治疗循经传导实验研究 对免疫功能影响的实验研究 镇痛作用实验研究 激发经络隐性传感实验研究
4A2
R2 ：629.9nm 基态
红宝石中Cr3+能级
激光器的工作原理
(3) 非稳腔 :g1 g2＞1 或 g1 g2＜0
对应图中阴影部分的光学谐振腔都是非稳腔。
g2
4 (0,0) 0
5 (-1,-1)
2 (1/2,1) ,(1,1/2) 1 (1,1)
g1
1——平行平面腔 2——半共焦腔 3——半共心腔 4——对称共焦腔 5——对称共心腔
3 (0,1) ,(1,0)
稳区图
稳定图的应用
一.制作一个腔长为L的对称稳定腔，反射镜曲率半径的
取值范围如何确定？
由于对称稳定腔有: R1= R2= R
即: g1 = g2
所以对称稳定腔的区域在稳定图
的A、B的连线上.
图(2-2) 共轴球面腔的稳定图
g1 g 2
(1
L )(1 R1
L R2
)
最大曲率半径R1= R2
R1
R2
R1R2
R1R2
即
g1g2＜1
0＜ g1g2＜1
如果 R1=R2 ，则此双凹腔为对称双凹腔，上述的两种稳
定条件可以合并成一个，即： R1=R2=R＞L/2
2.平凹稳定腔: 由一个凹面反射镜和一个平面反射镜组成的谐振腔称为平
凹腔。其稳定条件为：R＞L
R
L
证明：∵ R1＞L , g1
1 L R1
速率方程组与粒子 数反转
三能级系统和四能级系统
一. 二能级系统 *(光与粒子相互作用过程只涉及二个能级)
1.能级图
E2
W12
W21 A21 ω 21
约定: 实线箭头代表辐射跃迁; 虚线箭头代表非辐射跃迁。
E1
其中 ：W12——受激吸收几率(激励几率)
• 工作物质, 光学谐振腔, 激励能源是一般激光器的三个基本部分。
对应图中阴影部分的光学谐振腔都是非稳腔。
g2
4 (0,0) 0
5 (-1,-1)
2 (1/2,1) ,(1,1/2) 1 (1,1)
g1
1——平行平面腔 2——半共焦腔 3——半共心腔 4——对称共焦腔 5——对称共心腔
3 (0,1) ,(1,0)
稳区图
稳定图的应用
一.制作一个腔长为L的对称稳定腔，反射镜曲率半径的
取值范围如何确定？
由于对称稳定腔有: R1= R2= R
即: g1 = g2
所以对称稳定腔的区域在稳定图
的A、B的连线上.
图(2-2) 共轴球面腔的稳定图
g1 g 2
(1
L )(1 R1
L R2
)
最大曲率半径R1= R2
R1
R2
R1R2
R1R2
即
g1g2＜1
0＜ g1g2＜1
如果 R1=R2 ，则此双凹腔为对称双凹腔，上述的两种稳
定条件可以合并成一个，即： R1=R2=R＞L/2
2.平凹稳定腔: 由一个凹面反射镜和一个平面反射镜组成的谐振腔称为平
凹腔。其稳定条件为：R＞L
R
L
证明：∵ R1＞L , g1
1 L R1
速率方程组与粒子 数反转
三能级系统和四能级系统
一. 二能级系统 *(光与粒子相互作用过程只涉及二个能级)
1.能级图
E2
W12
W21 A21 ω 21
约定: 实线箭头代表辐射跃迁; 虚线箭头代表非辐射跃迁。
E1
其中 ：W12——受激吸收几率(激励几率)
• 工作物质, 光学谐振腔, 激励能源是一般激光器的三个基本部分。
yz第一章_激光的基本原理
二.光波模式和光子状态（相格）
光波模式：在一个有边界条件限制的空间V内，存在的 一系列具有特定波矢 k 的平面驻波。
1.1
19
相 干 性 的 光 子 描 述
1.从波动性描述光波模式 求体积为V的空腔内模式数目。 设空腔为V=Δ xΔ yΔ z的立方体，则沿三个坐标轴方 向传播的波分别应满足的驻波条件为：
4
1917年以后近四十年内： 量子理论的发展; 粒子数反转的有效实现;电 子学与微波技术的发展
1954：美国汤斯(C.H.Townes)
前苏联巴索夫(N.G.Basov) 与
普洛霍洛夫 (A.M.Prokhorov)
第一次实现氨分子微波量子振荡器(MASER)
由于在量子电子学方面的卓越成就和激光器发展上的 突出贡献,普罗霍罗夫,巴索夫和美国物理学家汤斯一
单位体积内处于两能级的原子数分别用n2和n1表示，如 P10图 (1.2.2)所示。
1.自发辐射
处于高能级E2的一个原子自发地向E1跃迁，并发射 一个能量为 hv 的光子。这种过程称为自发跃迁。由原 子自发跃迁发出的光波称为自发辐射。
光 的 受 激 辐 射 基 本 概 念
1.2
33
自发跃迁过程用自发跃迁几率A21描述。A21定义为： 单位时间内n2个高能态原子中发生自发跃迁的原子数与 n2的比值：
zhangyuscaueducn电子科学与技术教研室光电子学是汇集光子学电子学光子技术与电子技术的一门学科电子学研究电子作为信息和能量载体的科学光子学研究光子作为信息和能量载体的科学光子技术相干光的产生激光原理激光原理48学时相干光的控制调制偏转光频率波长变换相干光的检测及应用光电子技术电子技术光与电是兄弟光是波长更短的电磁波lightamplificationstimulatedemission科学技术发展规律基础理论研究新技术产品开发产业激光是一批科学家集体智慧的发明激光受激辐射光放大改变世界的光二十世纪对世界文明最有影响的发明之一1917
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
• 自发跃迁引起Ｎu变化的速率
dNu ( ) sp N u Au1 ( )d N u Au1 g ( )d N u Au1 dt
• 即谱线加宽对其没有影响 • 受激辐射引起Ｎu变化的速率
dN u ( ) st N u Bu1 g ( )d dt
• 自然宽度
H
1 ( Aui A1 j ) 2 l j
• 2.碰撞加宽 • 当原子密度足够高时,原子之间的碰撞引起 的谱线加宽 • ① 1 加宽 1 • ② 加宽： 的速率干扰辐射原子的相 位
2
2
均匀加宽
• 特点：对同类原子中的每个个体都是相同的．
g H ( ) H 2 ( 0 ) 2 ( H 2 ) 2
激光的基本原理及特性
激光的特性
激光产生的必要条件 激光产生的充分条件 谱线加宽 谱线加宽下的增益系数 激光器的速率方程
• 1.7
连续与脉冲工作
• 1.8
• 1.9
粒子数反转分布条件
激光放大的阈值条件
• 1.10 均匀加宽激光器的模竞争和频率牵引
• 1.11 激光器的输出特性
• 1.12 激光器的泵浦技术
高亮度
• 定义:光源在单位面积上,向某一方向的单位立体角内发射 的光功率. • 截面为A的光源单色亮度
P B A ( ) 2
• 一束脉宽为纳秒量级的脉冲激光,其亮度可达1018 W/cm2.sr,它比太阳表面的亮度2*103 W/cm2.sr要高15个数 量级
1.2 激光产生的必要条件
园柱形增益介质，假设介质中已经实现了反转粒子分布
Nul Nu
设光辐射起源于介质一端长度为l的区域
• 单位时间内由自发发射产生的总辐射能
( A l ) Nu Au1h
d A 4 4L2
• 令光强经介质放大后达到饱和光强
1 A GL ( A l ) N u Au1 h e Is 2 A 4L
• 而 • 有
D 2 1 0 2 2 0 2 0
0
c
1 D 2
M 1/ 2 Mc2 D 2 g ( ) ( ) exp[ ( ) ] 2 0 2kT 2 2kT 0
g ( ) e g max
D
m c 2 D 2 ( ) 2 kT 0 2 2
1.1 激光的特性
单色性
方向性
相干性
高亮度
单色性和时间相干性
光源单色性的量度:频带宽度Δν • 时间相干性：光源中同一辐射源在不同时 间辐射出的光束之间的相干性． • 光波的相干时间: c 1
2
• 谱线宽度越窄,或单色性越好,相干时间越长,即时 间相干性越好. 普通光源:谱线宽度1014Hz的量级 单模稳频气体激光器： 10３Hz以上的量级
• 增益系数（考虑谱线加宽）
• 均匀加宽 • 多谱勒加宽
u1
c2 8
2
Au1
GH H ( )N u1
GD D ( )N u1
c2 8
2
• 其中
H ( )
Au1 ( )
Gz
gu h G ( N u N1 ) Bu1 g1 c
gu N u1 N u N1 g1
• 辐射放大 Nu1 0 • 产生激光的必要条件： • 工作物质处于粒子数反转分布状态
• 增益介质：
1.3 激光产生的充分条件
• 1.3.1.饱和光强的概念
• 饱和光强ＩＳ • 饱和长度ＬＳ
1.2.2 激光产生的必要条件
光强的增长可表示为由受激跃迁引起的光子数净增 量与单个光子能量的乘积
[I ( z dz) I ( z)]dA ( Nu Bul N1 B1u )hdAdz
I c
dI h ( N u Bul N1 B1u ) Idz c
I I 0e
h E Au 2 2 h
• 相干辐射的中心频率为
0
Eu 0 E10 h
• 上下边频分别为
EuM E1m h Eum E1M h
1 (Eu E1 ) h
求和表示可以有多种自发辐射
• 谱线宽度为
1 ( Aui A1 j ) 2 l j
•
《激光原理与技术》
普通高等教育”十五”国家级规划教材 阎吉祥主编 2004年7月
学习目的
• 通过学习掌握激光的基本原理及工作特性, 谐振腔理论,典型激光器,半导体激光器,激 光调Q技术和锁模技术,频率变换等.
课程内容
• 第1章 激光的基本原理及特性 • 第2章 光学谐振腔理论 • 第3章 典型激光器
• 第4章 半导体激光器
• 第5章 激光调制技术
• 第6章 调Q技术与琐模技术
• 第7章 激光频率技术
参考书目
⑴ 俞宽新等编著，《激光原理与技术》 北京工业大学出版社 ⑵ 周炳琨等编著，《激光原理》 国防工业出版社 著，《激光原理技术及应用》 哈尔滨工业大学出版社
• 考虑自然加宽和碰撞加宽，总的均匀加宽为
1 1 1 2 H ( Aui A1 j u 1 ) 2 i 1 1 2 j
• 大多数固体激光跃迁的谱线加宽
• 气体激光的碰撞加宽
L P
• 比例系数ɑ与原子间的碰撞截面，温度等有 关
1.4.3.非均匀加宽
方向性与空间相干性
方向性
• 普通光源:4π • 激光:毫弧度 衍
D
空间相干性
相干面积
2 2衍 （ ） D
发光面上不同点在同一时间内发出辐射的相干性.
Ac (
2 )
相干长度 Lc c c
c 2
2
相干体积 Vc Ac Lc 1 ( ) 2 c
表1.1
1 u Aui
i
二.受激跃迁
(一)受激吸收
ρ
W1u B1u
dNu dn ( ) ab - W1u N1 dt dt ab
(二)受激辐射
Wu1 Bu1
dNu dn ( ) st Wu1 Nu dt dt st
• 特点：不同原子或原子群对谱线的不同部分有贡 献 • 分类：多谱勒加宽和非晶态加宽
• 一、Ｄoppler 加宽（气体工作物质）
• 设有静止时辐射频率为 0的原子(光源)以速度v 朝向或背 离观察者(接收器)运动,则被探测到的频率分别为
0
c c
( )1 / 2 M 2 3 • 的取值范围在10 ～10 m/s
光强等于单位截面的能量
• 设
1 l G
e
GL
4L 2 ( ) da
• 例1.1 已知某激光工作物质增益系数为Ｇ ＝100m-1，长度Ｌ＝0.08m求满足产生激 光充分条件的da.
e GL ( 4L 2 ) da
16(
L 2 ) e 8 2981 da 2981 4
L da
d a 0.0059 ( m) 5.9m m
• 对气体原子,平均速度
8kT
0 (1 )
c
• 要求谱线宽度值 代入Maxwell速度公式
M 1/ 2 M 2 n( )d n( ) exp( )d 2kT 2kT
M 1/ 2 Mc2 2 n( )d n( ) exp( ( ) )d 0 2 0 2kT 2kT 0 c
Bu1 I s 1 c u
• 其中
8 2 h h IS 2 c Au1 u u1 u
Au1
8h 3 Bu1 3 c
u1
c2 8
2
Au1
G u1Nu1
受激辐射截面
1.3.3 产生激光的充分条件
如果在增益介质的有效长度内光强可以从 微小信号增长到ＩＳ，则对激光来说是充分 的． 求有效长度
• 原子的发光强度与发光原子数成正比
n( ) d I ( ) d g ( ) d n I
2 M Mc 1/ 2 2 高斯分布 g ( ) ( ) exp[ ( ) ] D 0 2 0 2kT 2kT 0
c
• 当
0
时，上式有极大值 c M 1/ 2 g max ( ) 0 2kT
1.2.1 二能级系统的三种跃迁 一、自发辐射 二、受激跃迁 三、Einstein辐射系数之间的关系
一.自发辐射
Eu E1 h
dN u ( ) sp Au1 N u dt
N u (t ) N u 0 e Aul t N u 0 e
t
u
蓝宝石
u
1 Aul
1 2
2(ln 2)kT 1 / 2 T 7 2 0 [ ] (7.16 10 ) 0 2 MN Mc
4(ln 2)( 0 ) 2 2 ln 2 g D ( ) exp[ ] 2 D D
• 例求氖原子辐射λ ０＝６３２．８nm光谱 线的多谱勒宽度?（T=300K）
• 谱线加宽特性的描述：线形函数 I ( ) • 定义 g ( )
I
• 线形函数是归一化的
g ( )d 1
• 分类 • 1.均匀加宽 • 2.非均匀加宽
1.4.2
g N ( )
均匀加宽
2
N
• 1.自然加宽 • 由测不准关系决定谱线加宽 • 线形函数
( 0 ) 2 ( N 2 ) 2
• 1.3.2 饱和光强的简单计算
• 当光通过增益介质时，上能级粒子数的变化率为