激光原理复习资料

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填空42′

工程分析3×6′(18′)

工程设计题2×8′(16′)

计算3×8′(24′)

基础知识

【一级知识点】

各类激光器的中心波长：

He-Ne激光器：632.8 nm

CO2激光器：10.6 μm

Nd:YAG激光器：1064nm

【二级知识点】

(小信号增益曲线，振荡阈值条件，荧光谱线，线宽极限：由于自发辐射的存在而产生的一种无法消除的线宽(即是说不可能做到比这一线宽更窄)，在有源腔中，由于增益介质的色散，使纵模频率比无源腔纵模频率更接近中心频率，这种现象称为频率牵引。表观中心频率) 【二级知识点】

(当光强I可以与饱和光强Is可以比拟时，反转集居数Δn随I的增加而减少，这种现象称为反转集居数的饱和，此时Δn<Δn0(Δn0为小信号反转集居数密度))

Chapter 1

1、为何频率越高，激光器越难制造？

答：1、频率越高，模密度越大，提取单个模的难度也越大。2、A21/B21越大，自发辐射占优势，简并度下降。

2、工程分析题：推导均匀平面波情况下谐振腔的谐振频率和纵模间隔。

答：当波在镜面上发生反射时，入射光与反射光会发生干涉，多次往返形成多光束干涉。为使光束能在腔内形成稳定振荡，光束应满

足相长干涉的条件，即光束在谐振腔内往返一次回到原来的位置，相位改变2π的整数倍。得驻波条件：q

L ?=?=?Φπλ

π

2'22 (1)

谐振条件：2

λq

L'= (2)

取λ为λ

q ，将q

q

c

λν

=

代入(1)式，得谐振条件：'

2L c q

q

=ν (3)

当谐振腔内充满折射率为n 的均匀介质时，有nL

L ='，代入(3)，

得nL

c q

q

2=ν (4)

式(3)、(4)中q ν即为谐振频率。

两个相邻纵模间的频率之差即为纵模间隔：

nL

c L c q q q 2'

2-1=

=

=?+ννν

Chapter 2

1、光腔的损耗：几何偏折损耗，衍射损耗，镜面反射不完全引起的损耗，内部损耗。(前两个称为选择损耗)

共轴球面腔的稳定性条件为1021

2

1

111R L ,g

R L g -

=-

=(L 为腔长，R 为镜面曲率半径)。

2、(镜子凹凸性判断：在两面镜子的中间选一点作为参考点，根据该参考点直观判断镜子的凹凸。对凹面镜R 取正值，凸面镜R 取负值。★稳定性判别法(直观法)：以反射镜的曲率中心和顶点为特征点，若另一个反射镜有且仅有一个特征点，落入此反射镜两特征点中间。则为稳定腔)

3、镜面反射不完全引起的损耗，损耗因子21ln 2

1r r δr -=(r 为镜面反射率，即功率反射系数)。

4、阈值增益系数：l

g t δ=

(δ为平均单程损耗因子，l 为工作物质长度。对稳定腔，δ由单程衍射损耗d δ和反

射不完全损耗r δ叠加而成)。

5、纵模间隔：nL

c L'

c Δνq 22=

=

(L ’为光学腔长，L 为几何腔长，n 为谐振腔内总体的折射率)

6、模阶次越高，方向性越差，损耗越大。

7、2

1(z)f z w w +=

z

f z z R 2

)(+

=

π

λf w =

工程设计题：稳定腔内的基模光束以高斯光束的形式在空间传播，已知

Chapter 3

不考！

Chapter 4

【一级知识点】 1、自然线宽

荧光线宽，均匀加宽线宽，多普勒线宽，碰撞线宽，--- --N

F

H

D

L

ν

ν

ν

ν

ν

2、线型函数)νg(ν0,描述的是：自发辐射发光功率分布在中心频率附近很小的频率范围内，且辐射在中心频率处功率最大,往两边指数式衰减。

3、谱线宽度(线宽)：在线型函数中，在2

v ?±

ν

时发光功率下降至最大功率的一半。按

上式定义的v ?称为谱线宽度。(从图形上看就是半高宽度)

4、增益饱和：当入射光强I 可以与饱和光强Is 可以比拟时，增益

g H 的值随I 的增加而减少，这种现象称为增益饱和。

特性：

1) 对于均匀加宽工作物质，1、入射光强的频率越靠近中心频率，饱和效应越强。2、强光入射不仅是自己的增益系数下降，还使其他频率的弱光的增益系数下降，因此增益在整个谱线上均匀下降。

2) 对于非均匀加宽工作物质，1、饱和效应的强弱与入射光强的频率无关。2、若入射光强频率为1ν，那么只有表观中心频率在1ν附近的粒子，它的反转集居数会达到饱和。该现象称为增益曲线的烧孔效应。

5、均匀加宽：每个粒子对任一频率处的光源谱线均有贡献。属于洛伦兹线型。有自然加宽，碰撞加宽，晶格振动加宽。

对气体激光器，多体现为碰撞加宽。

对固体激光器，多体现为晶格振动加宽。

6、非均匀加宽：加宽后中心频率改变，每个粒子只对光谱线相应部分有贡献。属于高斯线型。

对气体激光器，多体现为多普勒加宽。

对固体激光器，多体现为晶格缺陷加宽。

7、在气体激光器中，碰撞线宽与气压成正比。

8、用自然辐射荧光谱线宽度F Δν统一表示均匀加宽线宽H Δν和非均匀加宽线宽i Δν。

9、自发辐射的跃迁几率A 21与自发辐射寿命τ互为倒数关系。

10、兰姆凹陷深度与激发参量δ/l g m 成正比。

11、四能级系统更容易实现集居数反转。

12、在四能级系统中，无辐射跃迁S 32和S 10占主导。

13、增益系数时频率和光强的函数。