激光知识笔记

激光知识笔记

光谱学是研究物质和电磁波相互作用的科学。光谱研究使人类获得了大量有关原子和分子结构方面的知识。利用电磁辐射和物质相互作用时所观察的吸收光谱和发射光谱从多方面向人们提供了有关分子结构与周期环境相互作用的信息。

光谱学的发展可以分为两大阶段，它们的时间分界线为20世纪60年代激光问世之前和以后。

从1666年牛顿光谱到1960年美国人梅曼做成红宝石激光器之前，常规光谱学。这种光谱学现在仍然是研究物质结构和成分的有力工具。光谱定性、定量分析在化学研究、科学技术以及工业生产等方面都占有一定的地位。

1905年，爱因斯坦提出了受激辐射理论

1960年，美国休斯公司年轻的科学家梅曼进一步将这一理论应用于光学领

域，发明了世界上第一台脉冲红宝石激光器；

1961年，第一台连续波气体激光器一氦氖激光器问世。

1961年，长春光机所研制出我国第一台红宝石激光器。

1964年，成立上海光机所。

激光技术包括激光器技术与激光应用技术

1.原子光谱和分子光谱---出自百度搜索

光谱按照参与光谱形成的物质结构可以分为原子光谱和分子光谱。

按照产生机理可以分为发射光谱和吸收光谱。

可见，原子光谱既有发射谱也有吸收谱，分子光谱也既有发射谱也有吸收谱。

你所说的明线光谱，只是发射光谱的一种，是指谱线锐利的发射光谱。

不能简单的说明线光谱和吸收光谱都是原子光谱。

原子受热激发后，形成特征谱线，也就是光谱特定波长位置上的亮线，这叫发射谱。同样，能发出就能吸收，这特定波长的电磁波通过含有此种原子的气体，会被吸收掉，表现为光谱上这个位置的暗线，这叫吸收谱。太阳光谱就是典型的吸收谱，存在暗线，比如著名的D线，通过比较，D线恰在钠元素的特征谱线的位置，由此，可以知道太阳大气中含有钠元素。

原子光谱，是由原子中的电子在能量变化时所发射或吸收的一系列光所组成的光谱。原子吸收光子组成吸收光谱，为明亮彩色条纹；发射光子时则组成发射光谱，为暗淡条纹。两种光谱都不是连续的，且吸收光谱条纹可与发射光谱一一对应，反之则不行。

各种原子吸收光谱中的每一条暗线都跟该种原子的发射光谱中的一条亮线相对应

每种原子只能发出具有本身特征的某些波

长的光，因此，明线光谱的谱线叫做原子的特征谱线．利用原子的特征谱线可以鉴别物质和研究原子的结构．

氢原子光谱：指的是氢原子内

阶跃迁时所发射或吸收不同波

而得到的光谱。氢原子光谱为不

自无线电波、微波、红外光、可

区段都有可能有其谱线。

吸收光谱。具有连续谱的光波通过物质样品时，处于基态的样品原子或分子将吸收特定波长的光而跃迁到激发态，于是在连续谱的背景上出现相应的暗线或暗带，称为吸收光谱。每种原子或分子都有反映其能级结构的标识吸收光谱。研究吸收光谱的特征和规律是了解原子和分子内部结构的重要手段。吸收光谱首先由J.V.夫琅和费在太阳光谱中发现（称夫琅和费线），并据此确定了太阳所含的某些元素。

2．σ(ν)——气体分子吸收截面（cm2/molecule）---

表示分子所有吸收线的吸收截面积（自己这么认为）

吸收截面σ是分子中吸收光子的有关电子跃迁部分的面积。面积大，容易被光子击中，吸收能力亦大[94]。气体吸收中常用吸收截面表示被测气体的吸收能力。(天津大学张学典2005年天津大学博士论文p19)

1.激光的横模和纵模出处：百度搜索

模式:能够存在于腔内的主播（以某一波矢K为标志）成为电磁波的模式或光波模。

（1）纵模

在激光器中只有增益介质增益谱宽范围内的光才可以得到放大输出。在光学谐振腔中为了使光能稳定存在，必须要满足驻波条件，满足驻波条件的波长=2nl/q，n为折射率，l为谐振腔长，q为整数。满足谐振条件沿轴线纵向方向形成的驻波场即为谐振腔的本征模式，通常把该本征模式称为谐振腔的纵模，由于q的取值不受限制，所以初始纵模数很多。

纵模的频率只有落在增益介质的增益谱宽范围内才可以得到放大。设增益谱范围为x1到x2，则只有满足条件x1<2nl/q

满足上述条件的整数q的个数就是激光器输出的纵模的个数，当q的取值只有一个的时候就是单纵模输出，当满足条件的q的取值不只一个时就形成了多纵模了。

（2）横模

激光横模是可以利用自再现条件和衍射理论推导出来的。稳态的时候，谐振腔内任何一个横截面上的光场分布都是确定的，不随时间变化的。所以，以激光谐振腔内的任何一个横截面为参考，这个面上的光场在腔内传播一个来回，回到这个面上的时候，必须再现原来的分布。根据这个原理，再利用衍射理论，既可以导出腔内任何横截面的横向光场分布，即激光横模。具体可参考《激光原理》（周炳琨编）。

激光光束横截面上光强的分布情况。激光谐振腔两端有反射镜，腔内激光物质也有一定大小的横截面。光在腔内传播相当于不断经过光阑，因此会引起衍射，使振幅和相位的空间分布发生畸变。最后当振幅和相位的空间分布达到稳定状态时，才从输出镜输出激光。取激光器轴向为直角坐标系的z轴，以谐振腔中心点为原点，在与z轴垂直的平面上取互相垂直的x轴和y轴。用符号TEMmn表示各种横向模式。m、n均为正整数，分别表示在x轴和y轴方向上光强为零的那些点的序数，称为模式序数。输出激光束横截面上横模的光斑图表示在下图中。基模又称TEM00模，其光斑中任何一点光强都不为零。若光斑在x方向上有一点光强为零，称为TEM10模；在y方向上有一点光强为零，称为TEM01模。以此类推，模式序数m和n越大，光斑中光强为零的点的数目越多。除基模为低次模式外，其它的模式都称为高次模式。

仅有基横模的激光束称为单横模激光，其平行性好，发散角小。有不同横向模式的激光束称为多横模激光，其发散角较大，平行性较差。从空间相干性来说，各次横模的空间相干性都很好，但高次横模多数伴随多横模运转，因而空间相干性比基横模差些。