第六章 激光过程动力学
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光动力学疗法课件
金属配合物类光敏剂
这类光敏剂具有较高的光敏活性和较低的光毒性，因此被认为是较为理 想的光敏剂。但是，其合成难度较大，成本较高，还需要进一步研究和 改进。
光敏剂的选择与应用
根据治疗疾病的类型和部位选 择合适的光敏剂，以确保治疗 效果和安全性。
在选择光敏剂时，需要考虑其 光敏活性、光毒性、稳定性、 溶解性、合成成本等多个因素 。
激光照射与剂量控制
激光照射
使用特定波长的激光照射病变部位，确保光束均匀覆盖，避免过度照射或遗漏。
剂量控制
根据病变部位和病情，控制激光照射的剂量和时间，以达到最佳的治疗效果，同 时避免对周围正常组织造成损伤。
治疗效果的评估与后续处理
治疗效果评估
通过定期检查和评估，了解光动力学 疗法的效果，如ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ情改善情况、病变 部位变化等。
原理
光敏剂在特定波长的光照射下，吸收 光能并转化为化学能，引发一系列光 化学反应，产生具有杀伤力的活性氧 物质，从而破坏病变组织。
发展历程与现状
发展历程
光动力学疗法自20世纪80年代初 开始研究，经过几十年的发展， 已经成为一种成熟的治疗方法， 广泛应用于多种疾病的治疗。
现状
目前，光动力学疗法已经成为治 疗肿瘤、血管病变、皮肤疾病等 领域的重要手段，尤其在肿瘤治 疗方面取得了显著疗效。
VS
疗效比较
比较光动力学疗法与其他传统治疗方法的 疗效，有助于评估其优势和局限性，促进 其在临床上的广泛应用。
提高治疗效果与降低副作用的策略
优化光照参数
光照参数如光剂量、波长、脉冲方式等对光 动力学疗法的治疗效果具有重要影响。通过 优化光照参数，可以提高治疗效果并降低对 正常组织的损伤。
精准靶向治疗
这类光敏剂具有较高的光敏活性和较低的光毒性，因此被认为是较为理 想的光敏剂。但是，其合成难度较大，成本较高，还需要进一步研究和 改进。
光敏剂的选择与应用
根据治疗疾病的类型和部位选 择合适的光敏剂，以确保治疗 效果和安全性。
在选择光敏剂时，需要考虑其 光敏活性、光毒性、稳定性、 溶解性、合成成本等多个因素 。
激光照射与剂量控制
激光照射
使用特定波长的激光照射病变部位，确保光束均匀覆盖，避免过度照射或遗漏。
剂量控制
根据病变部位和病情，控制激光照射的剂量和时间，以达到最佳的治疗效果，同 时避免对周围正常组织造成损伤。
治疗效果的评估与后续处理
治疗效果评估
通过定期检查和评估，了解光动力学 疗法的效果，如ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ情改善情况、病变 部位变化等。
原理
光敏剂在特定波长的光照射下，吸收 光能并转化为化学能，引发一系列光 化学反应，产生具有杀伤力的活性氧 物质，从而破坏病变组织。
发展历程与现状
发展历程
光动力学疗法自20世纪80年代初 开始研究，经过几十年的发展， 已经成为一种成熟的治疗方法， 广泛应用于多种疾病的治疗。
现状
目前，光动力学疗法已经成为治 疗肿瘤、血管病变、皮肤疾病等 领域的重要手段，尤其在肿瘤治 疗方面取得了显著疗效。
VS
疗效比较
比较光动力学疗法与其他传统治疗方法的 疗效，有助于评估其优势和局限性，促进 其在临床上的广泛应用。
提高治疗效果与降低副作用的策略
优化光照参数
光照参数如光剂量、波长、脉冲方式等对光 动力学疗法的治疗效果具有重要影响。通过 优化光照参数，可以提高治疗效果并降低对 正常组织的损伤。
精准靶向治疗
激光与物质相互作用课件
激光操控
利用激光的能量和方向性，实现对微观粒子的精 确操控，如光镊技术等。
激光与物质相互作
03
用的实验技术
激光光谱技术
原子光谱技术
利用激光激发物质中的原子，测量原子能级的跃迁，从而分析物 质成分和结构。
分子光谱技术
通过测量分子振动和转动能级的跃迁，分析物质的分子结构和化学 键信息。
非线性光谱技术
激光与物质相互作
02
用的应用
激光在材料加工中的应用
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，常用于金属材料的焊接。
激光打标
利用激光束在材料表面刻写文字 、图案等标识，具有高清晰度、
耐久性好。
激光在医学领域的应用
激光治疗
利用激光的生物效应，如光热作用、 光化学作用等，对病变组织进行治疗 。
折射
当激光进入不同介质时， 会发生折射现象，改变光 的传播方向。
激光与物质相互作用的物理过程
光致电离
激光能量足够高时，能够 使物质中的电子从原子或 分子中完全剥离出来，形 成离子。
热效应
激光能量被物质吸收后， 会导致物质局部温度升高 ，产生热效应。
光化学反应
激光能量可以激发物质分 子到激发态，进而发生光 化学反应。
致。
单色性
激光的波长范围非常窄，具有很高 的单色性，有利于精确控制和操作 。
高强度
激光的功率密度非常高，可以在短 时间内对物质产生强烈的相互作用 。
物质对激光的响应
01
02
03
吸收
物质对激光的能量进行吸 收，将光能转化为热能或 其他形式的能量。
利用激光的能量和方向性，实现对微观粒子的精 确操控，如光镊技术等。
激光与物质相互作
03
用的实验技术
激光光谱技术
原子光谱技术
利用激光激发物质中的原子，测量原子能级的跃迁，从而分析物 质成分和结构。
分子光谱技术
通过测量分子振动和转动能级的跃迁，分析物质的分子结构和化学 键信息。
非线性光谱技术
激光与物质相互作
02
用的应用
激光在材料加工中的应用
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，常用于金属材料的焊接。
激光打标
利用激光束在材料表面刻写文字 、图案等标识，具有高清晰度、
耐久性好。
激光在医学领域的应用
激光治疗
利用激光的生物效应，如光热作用、 光化学作用等，对病变组织进行治疗 。
折射
当激光进入不同介质时， 会发生折射现象，改变光 的传播方向。
激光与物质相互作用的物理过程
光致电离
激光能量足够高时，能够 使物质中的电子从原子或 分子中完全剥离出来，形 成离子。
热效应
激光能量被物质吸收后， 会导致物质局部温度升高 ，产生热效应。
光化学反应
激光能量可以激发物质分 子到激发态，进而发生光 化学反应。
致。
单色性
激光的波长范围非常窄，具有很高 的单色性，有利于精确控制和操作 。
高强度
激光的功率密度非常高，可以在短 时间内对物质产生强烈的相互作用 。
物质对激光的响应
01
02
03
吸收
物质对激光的能量进行吸 收，将光能转化为热能或 其他形式的能量。
第六章 激光过程动力学
物理与光电信息科技学院
《激光原理与技术》
主讲教师：陈建新、朱莉莉、陈荣
chenjianxin@ 福建师范大学物理与光电信息科技学院
(第六章）
物理与光电信息科技学院
《激光原理与技术》
第六章
态的过程；
激光过程动力学
在第五章中，我们认为激光的产生是一个稳
d BR N ( 1) R dt dN BP BR N 2 N dt
BR A21 / P rad / P
P为激光腔体和跃迁线宽内的自发辐射总模数
(第六章）
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《激光原理与技术》
d 0 令 dt
《激光原理与技术》
激光稳态振荡的建立
稳态激光振荡建立所需的时间 ：
腔内光强从最初(t=0)的噪声信号 I 0 至达到稳 态振荡值 I ss 所需的时间，记为：T B
1。不计饱和相应的分析
2。考虑到饱和相应的更精确分析
(第六章）Leabharlann 物理与光电信息科技学院
s [(r 1) (r 1) 2
4r P ] P 2
(第六章）
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(第六章）
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《激光原理与技术》
单模激光器在阈值区域具有以下特点： 1. 振荡模的腔内光子数突然大幅度提高并达到自发辐 射总模数数量级。 2. 激活介质内激光跃迁上、下能级间的原子集居数先 随泵浦强度线性增大，直至被限制于阈值水平。 3. 光谱迅速变窄，使输出信号的频宽突然从宽带的自 发辐射频宽压缩到一个（或几个）激光模的单色辐 射。 4. 输出光束的空间方向性突然改善。 5. 输出光束统计特性的变化：从基本上是高斯无规则 噪声到相干振幅稳定的振荡。 总之，在泵浦的阈值区域，激光器腔内光场经历了从自发辐射荧 光到相干激光振荡的急剧变化
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(第六章）
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第六章
态的过程；
激光过程动力学
在第五章中，我们认为激光的产生是一个稳
d BR N ( 1) R dt dN BP BR N 2 N dt
BR A21 / P rad / P
P为激光腔体和跃迁线宽内的自发辐射总模数
(第六章）
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d 0 令 dt
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激光稳态振荡的建立
稳态激光振荡建立所需的时间 ：
腔内光强从最初(t=0)的噪声信号 I 0 至达到稳 态振荡值 I ss 所需的时间，记为：T B
1。不计饱和相应的分析
2。考虑到饱和相应的更精确分析
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s [(r 1) (r 1) 2
4r P ] P 2
(第六章）
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单模激光器在阈值区域具有以下特点： 1. 振荡模的腔内光子数突然大幅度提高并达到自发辐 射总模数数量级。 2. 激活介质内激光跃迁上、下能级间的原子集居数先 随泵浦强度线性增大，直至被限制于阈值水平。 3. 光谱迅速变窄，使输出信号的频宽突然从宽带的自 发辐射频宽压缩到一个（或几个）激光模的单色辐 射。 4. 输出光束的空间方向性突然改善。 5. 输出光束统计特性的变化：从基本上是高斯无规则 噪声到相干振幅稳定的振荡。 总之，在泵浦的阈值区域，激光器腔内光场经历了从自发辐射荧 光到相干激光振荡的急剧变化
第六章 激光过程动力学概要
dI I I2 dt
令
I (t ) K I ss
腔内光强达到稳态值的K倍所需的时间为
TBK K I ss I 0 ln( ) K 1 I0 1
(第六章）
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《激光原理与技术》
2.考虑饱和效应稳态激光振荡建立所需的时间 腔内光强达到稳态值的K倍所需的时间为
《激光原理与技术》
激光稳态振荡的建立
稳态激光振荡建立所需的时间 ：
腔内光强从最初(t=0)的噪声信号 I 0 至达到稳 态振荡值 I s。考虑到饱和相应的更精确分析
(第六章）
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《激光原理与技术》
2.考虑饱和效应稳态激光振荡建立所需的时间 令
dI 0 dt
得到： 振荡模的稳态腔内光强 R I ss I s (1 0 ) m 解方程得到
I 0 I ss e rt I (t ) I ss I 0 (e rt 1)
0 I (t ) I 0 exp ( m R )t
(第六章）
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《激光原理与技术》
1.不计饱和效应的稳态激光振荡建立所需的时间
0 r m /R
为激光器的泵浦超阈度。
腔内光强随时间变化规律：
0 I (t ) I 0 exp ( m R )t
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主讲教师：陈建新、朱莉莉、陈荣
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(第六章）
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第六章
态的过程；
激光在医学中的应用 ppt课件
ppt课件
32
HDP测定
ppt课件
33
HDP测定癌
ppt课件
34
光动力学疗法在皮肤科的应用
ppt课件
35
什么是光动力学疗法？
ppt课件
36
过程:特定波长的激光照射使组织吸收的光敏 剂受到激发，而激发态的光敏剂又把能量传 递给周围的氧，生成活性很强的单态氧。单 态氧和相邻的生物大分子发生氧化反应，产 生细胞毒性作用，进而导致细胞受损乃至死 亡。 光动力疗法的作用基础是光动力效应。
ppt课件
17
介入式激光诊治仪器 He-Ne激光血管内照射治疗仪； 其他激光源内照射治疗仪 激光手术器械 激光显微手术器； LASIK用角膜板层刀
ppt课件
18
激光治癌 激光角膜矫正术 激光治疗心血管症
ppt课件
19
激光多普勒技术在生物检测 中的应用
ppt课件
20
二、激光多普勒测量的基本原理
ppt课件 5
在活组织中激光照射，除热效应外，还有如下 非热效应：
电磁场效应
强场对组织的激励、振动和自由基作用等。
压力和冲击波效应
如脉冲激光在焦点处功率密度达1018W/cm2,可产生可 观的一次压力。
光化效应
不同生物对不同的激光波长具有选择性吸收。
ppt课件
6
释放生物效应
对有机染料的光子激活作用，它决定了选择性吸收。
如用不同荧光染色剂在激光的辐射下对光的吸收。 1、一般可以诊断恶性肿瘤，如食道癌，胃癌的早期诊断。 由于癌细胞与正常细胞对荧光染色剂的吸收有很大区别， 一般癌细胞的吸收较强，所以在一段时间后癌细胞中的荧 光染色剂还有相当数量，而正常细胞中已很少有荧光染色 剂，当激光照射时，对激光的荧光图会有很大的差别。 2、可以用于恶性肿瘤的治疗。 如：丫啶撜能被癌细胞所吸收，而对正常细胞很少吸收甚 至不吸收，当激光照射时产生光化学反应，达到杀死癌细 胞的目的。这种效应也称为趋光性效应。
光动力学化学动力学和光热治疗的原理
光动力学化学动力学和光热治疗的原理1. 光动力学化学动力学（Photodynamic Therapy, PDT）首先，患者会接受一种含有光敏剂的药物，这种药物可以在体内积累在异常细胞中。
光敏剂主要分为亲水性或脂水性。
亲水性光敏剂可吸附在细胞膜、胞浆和核中，脂水性光敏剂可主要吸附在细胞核内。
在接受药物后，光敏剂会被异常细胞所吸收和积累，形成肿瘤和其他异常细胞所特有的化学反应物。
接下来，经过一定时间的等待，光敏剂会被选择性地激活。
激活的方式是通过特定波长的激光照射异常细胞，这是由于光敏剂只对特定波长的光敏感。
当激光照射到异常细胞上时，光敏剂会转换为活性态，产生一系列化学反应。
这些反应包括产生活性氧化物，如一氧化氮和过氧化氢，以及释放质子和电子等。
最后，产生的活性氧化物会对异常细胞内的蛋白质、脂质和核酸等分子发生氧化反应，从而破坏异常细胞的结构和功能。
这种破坏作用会导致异常细胞的死亡和坏死，从而达到治疗的效果。
2. 光热治疗（Photothermal Therapy, PTT）光热治疗是一种利用光敏剂吸收光能产生热效应来治疗疾病的方法。
它采用特定波长的激光照射含有光敏剂的病灶区域，使光敏剂吸收激光能量并产生热量。
热量的增加会引起病灶区域的温度升高，从而导致异常细胞的死亡和坏死。
光热治疗的原理主要依赖于光敏剂的选择和光敏剂对特定波长光的吸收能力。
在特定波长的激光照射下，光敏剂能够吸收光的能量，并将其转化为热能。
这种转化过程是非线性的，即光强越高，吸收的能量越多，热量的产生也越高。
当光敏剂吸收的光能量达到一定程度时，热量的产生将会导致病灶区域的温度上升，并造成异常细胞的损伤。
在光热治疗中，光敏剂的选择也是关键因素之一、具有良好吸收特定波长光的光敏剂能够增加治疗的效果。
此外，光敏剂的局部积累和选择性激活也能够提高治疗的效果。
光热治疗主要用于治疗肿瘤和其他热敏性疾病。
相比传统的放疗和化疗方法，它具有许多优势，如局部治疗、无毒副作用、选择性损伤等。
电极过程动力学第六章半导体光电化学基础
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.曲弯不带能故 ,域区荷电间空无场电无内体导半时此 ,势电荷电零即也bf �� .势电极电的时在存荷电剩过无中体导半 - bf
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布分势电的层荷电间空变改要主变改的势电极电 �
1 � ,衡平达 液解电触接态状路开 1,CS�� 相体� -面表�
础基学化电光体导半
章六第
体缘绝、体导半、属金 �类分的体固质性电导据根 级能征特的体导半
p2O d3iT
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带价 带导 4.1 sAaG 21.1 iS
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3
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数参征特的区荷电间空体导半
。示表hpj用�差之流电的态暗与照光下位电一同在�流电光 了大增流电极阳的内围范位电定一在极电PaG-n 了大增流电极阴的内围范位电定一在极电PaG-p 时照光 �系关位电�流电的极电PaG-n和PaG-p中液溶4OS2H L/lom 50.0示表1.2.5图
学力动移转荷电的上极电体导半
。布分量能 的定一呈级能原还化氧�响影用作境环和子分剂溶受于由����央 中的者二RE和OE于位级能imreF的系体原还化氧����能组重剂溶 为��2 =)R��O�(为差量能的者二�RE级能态原还于高OE级能态化氧 ����态子量的占未是O态化氧而�态子量的占已是R态原还中其�态 子量域定的上�子分或�子离在缚束是级能的系体原还化氧中液溶 �同不级能子电的体固与����征特的级能原还化氧中论理rehcsireG
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布分势电的层荷电间空变改要主变改的势电极电 �
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础基学化电光体导半
章六第
体缘绝、体导半、属金 �类分的体固质性电导据根 级能征特的体导半
p2O d3iT
p3P s4aG
带价 带导 4.1 sAaG 21.1 iS
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Ve/gE的料材极电体导半的用常 顶带价 级能imreF 底带导
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数参征特的区荷电间空体导半
。示表hpj用�差之流电的态暗与照光下位电一同在�流电光 了大增流电极阳的内围范位电定一在极电PaG-n 了大增流电极阴的内围范位电定一在极电PaG-p 时照光 �系关位电�流电的极电PaG-n和PaG-p中液溶4OS2H L/lom 50.0示表1.2.5图
学力动移转荷电的上极电体导半
。布分量能 的定一呈级能原还化氧�响影用作境环和子分剂溶受于由����央 中的者二RE和OE于位级能imreF的系体原还化氧����能组重剂溶 为��2 =)R��O�(为差量能的者二�RE级能态原还于高OE级能态化氧 ����态子量的占未是O态化氧而�态子量的占已是R态原还中其�态 子量域定的上�子分或�子离在缚束是级能的系体原还化氧中液溶 �同不级能子电的体固与����征特的级能原还化氧中论理rehcsireG
激光光谱学PPT课件PPT课件PPT学习教案
激光光谱学PPT课件PPT课件
会计学
1
激光光谱学参考书： 《激光光谱学原理和方法》黄世华 编著 其它参考书目： 1．《激光光谱学的基础和技术》W. Demtroder（戴姆特瑞德）著；黄潮 译 Chap. 1－3。 2．《光的量子理论》R. Loudon 著；于良 等译 Chap. 1，3，8，9。 3.《近代量子光学导论》彭金生 李高翔 著 Part. I Chap. 1，2；Part. II, Chap.1 4．《量子力学》 曾谨言 编著 Chap. 11，量子跃迁 5．《光学》 赵凯华 钟锡华 著 Chap. 2，4，5，8，9 6．《超短脉冲激光器原理及应用》 J. 赫尔曼；B. 威廉 著 Chap.1－4，8，9 7.《激光物理学》 邹英华 编著 Chap. 1，4，6－10 8．《 Laser and Electro-Optics 》Christophor C. Davis Chap. 1，2，6，23， 9.《概率论与数理统计》 10.《电动力学》 曹昌淇 著 11.《Electricity and Magnetism》Berkeley Physics Course Vol.2, E. M. Purcell Chapter. 6，7，9，10。
Wif
2π
|
f
| H | i |2 δ
(E f
Ei )
第14页/共74页
根据d 函数的性质，上式也可以写为：
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2π 2
|
f
| H | i |2δ
(ω
ω fi )； δ (ω ) 1δ (ω )
式中设微扰是由能量的光子引起的， fi = (Ef - Ei)/
(1) 吸收：i fi f , 吸收引起终态 f 布居N f 变化
会计学
1
激光光谱学参考书： 《激光光谱学原理和方法》黄世华 编著 其它参考书目： 1．《激光光谱学的基础和技术》W. Demtroder（戴姆特瑞德）著；黄潮 译 Chap. 1－3。 2．《光的量子理论》R. Loudon 著；于良 等译 Chap. 1，3，8，9。 3.《近代量子光学导论》彭金生 李高翔 著 Part. I Chap. 1，2；Part. II, Chap.1 4．《量子力学》 曾谨言 编著 Chap. 11，量子跃迁 5．《光学》 赵凯华 钟锡华 著 Chap. 2，4，5，8，9 6．《超短脉冲激光器原理及应用》 J. 赫尔曼；B. 威廉 著 Chap.1－4，8，9 7.《激光物理学》 邹英华 编著 Chap. 1，4，6－10 8．《 Laser and Electro-Optics 》Christophor C. Davis Chap. 1，2，6，23， 9.《概率论与数理统计》 10.《电动力学》 曹昌淇 著 11.《Electricity and Magnetism》Berkeley Physics Course Vol.2, E. M. Purcell Chapter. 6，7，9，10。
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第14页/共74页
根据d 函数的性质，上式也可以写为：
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ω fi )； δ (ω ) 1δ (ω )
式中设微扰是由能量的光子引起的， fi = (Ef - Ei)/
(1) 吸收：i fi f , 吸收引起终态 f 布居N f 变化
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
summary
第二章 光谱仪器
2.1
摄谱仪与单色仪：棱镜， 摄谱仪与单色仪：棱镜，光栅 基本性能：1)speed of a spectrometer，2)Spectral Transmission， 3) Spectral Resolving Power 4)Free Spectral Range,
干涉仪：基本概念，类型，相应性能 ♠ 2.2 干涉仪 二个分束干涉的器件：迈克耳孙(Michelson)干涉仪和Mach-Zehnder干涉仪． 多光束干涉：标准具，法布里-珀罗(Farbry-Pero)干涉仪，多层介质膜． 2.3 分光计和干涉仪间的比较 2.4 2.5 精确的波长测量 光的探测
第八章 §8.1 §8.2
激光拉曼光谱 拉曼散射的基本概念 线性激光拉曼光谱实验技术
§8.3 非线性激光拉曼光谱 §8.5拉曼光谱学的应用
第9章 激光光谱在化学中的应用 章
灵敏和超灵敏探测 激光诱导化学反应 激光光谱在态－ 态反应动力学研究中的应用 激光在控制化学反应中的应用 ♠激光分离同位素 激光在分子、原子碰撞能量传递过程研究中的应用
光与物质作用的机理，爱因斯坦受激吸收、受激发射和自发辐 ， 射系数B12, B21, A21间的关系三个系数之间的关系
§1.5
能级寿命， 能级寿命，自然线宽
♠ §1.6 光谱线的宽度和谱型
均匀增宽，非均匀增宽机制和线型，多普勒增宽，飞行时间增宽，饱和增宽
§1.7
分立光谱和连续光谱
§1.8 激光光谱的应用
§3.1 Advantages of Lasers in Spectroscopy §3.2 High-Sensitivity Methods of Absorption Spectroscopy §3.3 Direct Determination of Absorbed Photons §3.4 Ionization Spectroscopy §3.5 Laser Magnetic Resonance and Stark Spectroscopy §3.6Laser-Induced Fluorescence
激光微加工中的流体动力学分析
激光微加工中的流体动力学分析科技的进步成为了商业和制造业的动力，其人性化使这些工业更加流畅。
然而，这方面的进步有时被限制由于技术和分析难题。
激光微加工是最基础和最有效地制造微小零件的方法，从小比例零件至建筑结构，都可以完成。
激光微加工非常的复杂，因为需要控制激光的强度，位置和时间。
在激光微加工中的一个关键分析是流体动力学。
流体动力学是涵盖流体概念，方法和原理的物理学科。
激光微加工中的流体动力学解决的问题为，如何解决激光和物料反应的过程中物料流动的问题。
物料流动对于激光微加工这样的商业和制造工业非常重要。
在一个理想的激光微加工系统里，激光直接照在要加工的物料上，它会立即蒸发并形成气体。
这些气体会推动四周的物料，并构成一个物料路线。
物料的流动会被吸入，压缩和提供新的反应面，最终使激光和物料反应点的形状发生变化。
在激光微加工过程中，流体动力学有两种分析，一种是站在物料角度，另一种是在激光视角下建立物料模型。
从物料角度描述，提供了展现激光微加工的最直观的方法。
在这种情况下，将仔细研究的是物料的运动和反应。
主要研究的问题是如何使物料保持在激光反应点上，并且准确地到达反应点。
另一方面，已经发生变化的物料需要被极限条件限制，这些条件就是极端的温度和压力。
从激光视角描述，主要关注的问题是如何建立反应和控制。
主要问题是如何通过激光在物料上的反应点和准确的控制激光视角来控制物料的运动。
这是通过计算和理论分析得出的结论，在微计算技术市场被广泛使用。
激光微加工中的流体动力学分析在商业和制造工业中有着重要的作用，能够提高工业的制造效率与准确度，同时也能够使商业和制造工业更加人性化，更加智能化。
29第六章 专题强化六动力学与能量观点的综合应用-2024-2025学年高考物理一轮复习课件
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aBt＝aAt，解得 t＝0.5 s，铁块 A 和长木板 B 共速后，速度大小为 v 共＝aAt ＝6 m/s，B 正确；铁块 A 和长木板 B 共速后，一起沿斜面匀速下滑，则 长木板的长度为 L＝xB－xA＝2v0201＋[2文v件共：t－中教v2联共t标＝彩2.t].25 m，C 正确；由能量守恒 定律可知，从铁块 A 放上长木板 B 到铁块 A 和长木板 B 共速的过程中， 铁块 A 和长木板 B 减少的机械能等于 A、B 之间摩擦产生的热量和 B 与斜 面之间摩擦产生的热量之和，D 错误.
生的热量、因放上物体而使电20动21[文机件多：中消教耗联标的彩电.t] 能等，常依据功能关系或能
量守恒定律求解.
2.功能关系分析
(1)传送带克服摩擦力做的功：Wf＝Ffx 传. (2)系统产生的内能：Q＝Ffx 相对. (3)功能关系分析：W＝ΔEk＋ΔEp＋Q.
返回目7录
典例 1 [水平传送带](2024·广东广州质检)如图 Z61 所示为速冻食品加工 厂生产和包装饺子的一道工序.将饺子轻放在匀速运转的足够长的水平传 送带上，不考虑饺子之间的相互作用和空气阻力.关于饺子在水平传送带上 的运动，下列说法正确的是( C ).
2021[文件：中教联标彩.t]
擦产生的热量 Q＝μmgvt－2vt＝12mv2，选项 C 正确；传送一个饺子传送带 多消耗的电能为ΔE＝Q＋21mv2＝mv2(或ΔE＝Pft＝μmgvt＝mv2)，选项 D 错误.
返回目9录
典例 2 [倾斜传送带](2024·福建南平质检)如图 Z62，传送带以 v＝10 m/s 的速度逆时针转动，一个质量 m＝1 kg 的物体从传送带顶端以 v0＝5 m/s 的速度沿传送带滑上传送带，若传送带与水平方向成 θ＝30°角，物体与 传送带间的动摩擦因数 μ＝ 33，传送带底端到顶端长 L＝10 m，g 取 10 m/s2， 最大静摩擦力与滑动摩擦力相20等21[文. 件：中教联标彩.t]
第六章 化学反应动力学
υA
υB
υY
υZ
A、B的消耗速率 Y、Z的生成速率
即： v ? ? vA ? ? vB ? vL ? vM
?A ?B ?L ?M
?结论：不同物质的消耗速率或生成速率，与该物质 的化学计量系数的绝对值成正比。
例如:
N2(g) ? 3H2 (g) ? 2NH3 (g)
反应物消耗速率为 :
vN2
?
?
dcN2 dt
② 反应的 t1/2与cA,0 成反比
1 t1/ 2 ? kcA,0
③ 1/cA～t 为直线关系， 1/cA
由直线的斜率可求 k。
t
(2) 有两种反应物的情况 aA+bB ? 产物
若实验确定其微分速率方程为
?
d cA dt
?
k A cAcB
积分求解需找出 cA与cＢ的关系，分如下几种 情况考虑：
(i) a=b，且cA,0= cB,0 ，则任意时刻 cA= cB ，于
υA
?
?
dcA dt
?
kc
0
A
?
k
积分:
? ? ?
d c C A
C A ，0
A
?
ktBiblioteka dt0cA,0 ? cA ? kt
动力学特征
(1) k 的单位是：浓度 ?时间-1； (2) cA与 t 成线性关系； (3) t1/2 = cA,0 /2k，半衰期正比于反应物的初浓
度，即 t1/2∝cA,0 。
各级反应的动力学特征可作为确定反应级数的依据
1 H 2 ? 2 O 2 ? H 2O (l)
需一定的 T，p和催化剂
点火，加温或催化剂
化学动力学发展简史
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0 I (t ) I 0 exp ( m R )t
(第六章）
物理与光电信息科技学院
《激光原理与技术》
1.不计饱和效应的稳态激光振荡建立所需的时间
0 r m /R
为激光器的泵浦超阈度。
腔内光强随时间变化规律：
0 I (t ) I 0 exp ( m R )t
激光的突变的过程。
(第六章）
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《激光原理与技术》
激光振荡的建立
下面将对考虑到自发辐射后激光器阈值区域的 特性作进一步的分析。通过激光器振荡模腔内光子 数对泵浦速率的变化说明激光器在阈值区域激光形 成时从自发辐射荧光到激光的突变过程
(第六章）
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《激光原理与技术》
激光振荡的建立
采用如下的激光系统模型：单模均匀加宽激光器，二 能级系统，腔内光子总数为 (t ) ，上能级原子总数为 N2（t），平均寿命为 2 ，能级衰减率为 2 1 / 2 ， 并具有稳定可调的泵浦速率 RP，原子离开下能级的弛 豫速率很快，使得该能级的总原子数 N1 (t ) 0 ，介质中 总的粒子数反转数 N (t ) N 2 (t ) ，谐振腔损耗所致 (t ) 的衰减速率为 R 。该系统的速率方程可简单表示成
dN ， 0 可求得速率方程的稳态解 dt
1.低于阈值时的稳态解
2.高于阈值时的稳态解
(第六章）
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《激光原理与技术》
1. 低于阈值时的稳态解
N s N s
N s N t
s
R
BR
1 N t 1 N s 1 rrad s 1 2P
K I ss I 0 ln( ) K 1 I0 1
TBK
当 K 1 ，即 I (t ) I ss 时， TBK 。 这就意味着，由于饱和效应的存在腔内光强要经 过很长时间才能达到其稳态值。
(第六章）
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《激光原理与技术》
总光子数
s 值随高于阈值的泵浦速率线性增大，并且与 可见， 腔内总的自发辐射模数P具有同一数量级，即约为 108 ~ 1010 量级。 (第六章）
rad s ( ) P(r 1) 2
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《激光原理与技术》
3.阈值区域的精确结果
为简化计而假设 2 rad ，其结果为
(第六章）
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《激光原理与技术》
由以上两式可知：
s
RP 2 N s rad N P( t r 1) BR N s 2 N s
N s
R
s s Nt BR s 1 s 1
N s N t（或精确地 （1）高于阈值，即 s 1 时， 说是略低于 N t ）。 （2）高于阈值，即 r 1 且 N s N t时，腔内稳态
激光过程动力学
为了对激光振荡的基本原理有更深入和精确地描述， 必须分析激光器的动力学过程。
激光振荡的建立 脉冲激光器的尖峰振荡效应 激光器调Q技术原理 激光器锁模技术 激光器半经典理论概述
(第六章）
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《激光原理与技术》
激光振荡的建立
分析将激光器泵浦接通并使激活介质中的集
居数密度反转瞬间达到足够大的数值时，激 光器从自发辐射噪声到建立稳态的相干激光 振荡所需的时间；
激光振荡建立的阈值区域从自发辐射荧光到
激光的突变的过程。
(第六章）
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《激光原理与技术》
激光稳态振荡的建立
在t=0时刻，激光器内光子总数的速率方程：
TB )
R
r 1
ln(
稳态激光振荡建立的过程示意图
可见，稳态激光振荡建 立所需的时间TB与激光 器的泵浦超阈度r有关。
(第六章）
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《激光原理与技术》
2.考虑饱和效应稳态激光振荡建立所需的时间 腔内振荡模光强的增长速率可以表示为：
m (t )
RP N s RP 2 2 BR s
R
式中
N t
BR
( R / rad ) P
表示不计自发辐射贡献时激光器的阈值集居数反转
(第六章）
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《激光原理与技术》
从以上两式可看出： N s 1 s R N t N s 1 BR N s RP 1 N s RP 2 rrad s 2 BR s 1 2P （1）当低于阈值，即 N s Nt 时， s 值通常很小 约为零； （2）当低于阈值，只要 s P ，式中饱和项可忽 略，N s 就正比于泵浦速率RP，即
d 1 Va BR n dt R
m (t ) Va BR n
R
1
表示激光器工作物质中受激跃迁所引起的 振荡模光子数的瞬时相对增长速率 表示腔损耗所导致的振荡模光子数 的瞬时相对衰减速率
d m (t ) R dt
《激光原理与技术》
1.不计饱和效应的稳态激光振荡建立所需的时间 激光器介质中的光强较弱，不计介质中的原子 集居数密度反转或增益的饱和相应，腔内光强
0 的增长速率近似为常数，记为： m
由腔内光强随时间变化的速率方程
dI m (t ) R I (t ) dt
得到，腔内光强随时间变化规律：
2.考虑饱和效应稳态激光振荡建立所需的时间 将
1 I (t ) I ss 2
所需的时间视为激光振荡建立所需的时间
求解
I 0 I ss e rt I (t ) I ss I 0 (e rt 1)
得到
TB
1
ln(
I ss I 0 I ) R ln( ss ) I0 r 1 I0
(第六章）
物理与光电信息科技学院
《激光原理与技术》
脉冲激光器的尖峰振荡效应
“尖峰”现象
利用快速响应的光电检测器和脉冲示波器，
可以发现典型的脉冲红宝石激光器自由振荡 的输出脉冲是由一系列无规则尖峰组成的；
四能级系统的激光器也存在类似的尖峰开启
改写为：
r 1 I (t 与光电信息科技学院
《激光原理与技术》
1.不计饱和效应稳态激光振荡建立所需的时间
达到稳态振荡光强 Iss所需的时间可以 由下式近似求得：
I ss I 0 exp(
即：
TB
r 1
R
I ss ) I0
s [(r 1) (r 1) 2
4r P ] P 2
(第六章）
物理与光电信息科技学院
《激光原理与技术》
(第六章）
物理与光电信息科技学院
《激光原理与技术》
单模激光器在阈值区域具有以下特点： 1. 振荡模的腔内光子数突然大幅度提高并达到自发辐 射总模数数量级。 2. 激活介质内激光跃迁上、下能级间的原子集居数先 随泵浦强度线性增大，直至被限制于阈值水平。 3. 光谱迅速变窄，使输出信号的频宽突然从宽带的自 发辐射频宽压缩到一个（或几个）激光模的单色辐 射。 4. 输出光束的空间方向性突然改善。 5. 输出光束统计特性的变化：从基本上是高斯无规则 噪声到相干振幅稳定的振荡。 总之，在泵浦的阈值区域，激光器腔内光场经历了从自发辐射荧 光到相干激光振荡的急剧变化
《激光原理与技术》
激光稳态振荡的建立
稳态激光振荡建立所需的时间 ：
腔内光强从最初(t=0)的噪声信号 I 0 至达到稳 态振荡值 I ss 所需的时间，记为：T B
1。不计饱和相应的分析
2。考虑到饱和相应的更精确分析
(第六章）
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0 m
代入腔内光强随时间变化的速率方程 dI m (t ) R I (t ) dt 得到，腔内光强随时间变化规律：
dI 0 0 ( m R ) I ( m / Is )I 2 dt
(第六章）
I (t ) 1 Is
物理与光电信息科技学院
P352给出典型的氦氖激光器稳态振荡建立过程的实验曲线
(第六章）
物理与光电信息科技学院
《激光原理与技术》
激光振荡的建立
分析将激光器泵浦接通并使激活介质中的集
居数密度反转瞬间达到足够大的数值时，激 光器从自发辐射噪声到建立稳态的相干激光 振荡所需的时间；
激光振荡建立的阈值区域从自发辐射荧光到
N s RP 2
(第六章）
物理与光电信息科技学院
《激光原理与技术》
激光振荡的建立
2.高于阈值时的稳态解
s 1
RP 2 N s rad Nt s P( r 1) BR N s 2 N s
s s N s Nt BR s 1 s 1 R
物理与光电信息科技学院
《激光原理与技术》
主讲教师：陈建新、朱莉莉、陈荣
chenjianxin@ 福建师范大学物理与光电信息科技学院
(第六章）
物理与光电信息科技学院
《激光原理与技术》
第六章
态的过程；
激光过程动力学
在第五章中，我们认为激光的产生是一个稳
《激光原理与技术》
2.考虑饱和效应稳态激光振荡建立所需的时间
0 m R
激光器振荡模光强的未饱和净增长速率
饱和系数
0 m / Is
腔内光强随时间变化规律：
dI 0 0 ( m R ) I ( m / Is )I 2 dt
(第六章）
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《激光原理与技术》
1.不计饱和效应的稳态激光振荡建立所需的时间
0 r m /R
为激光器的泵浦超阈度。
腔内光强随时间变化规律：
0 I (t ) I 0 exp ( m R )t
激光的突变的过程。
(第六章）
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激光振荡的建立
下面将对考虑到自发辐射后激光器阈值区域的 特性作进一步的分析。通过激光器振荡模腔内光子 数对泵浦速率的变化说明激光器在阈值区域激光形 成时从自发辐射荧光到激光的突变过程
(第六章）
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《激光原理与技术》
激光振荡的建立
采用如下的激光系统模型：单模均匀加宽激光器，二 能级系统，腔内光子总数为 (t ) ，上能级原子总数为 N2（t），平均寿命为 2 ，能级衰减率为 2 1 / 2 ， 并具有稳定可调的泵浦速率 RP，原子离开下能级的弛 豫速率很快，使得该能级的总原子数 N1 (t ) 0 ，介质中 总的粒子数反转数 N (t ) N 2 (t ) ，谐振腔损耗所致 (t ) 的衰减速率为 R 。该系统的速率方程可简单表示成
dN ， 0 可求得速率方程的稳态解 dt
1.低于阈值时的稳态解
2.高于阈值时的稳态解
(第六章）
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1. 低于阈值时的稳态解
N s N s
N s N t
s
R
BR
1 N t 1 N s 1 rrad s 1 2P
K I ss I 0 ln( ) K 1 I0 1
TBK
当 K 1 ，即 I (t ) I ss 时， TBK 。 这就意味着，由于饱和效应的存在腔内光强要经 过很长时间才能达到其稳态值。
(第六章）
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《激光原理与技术》
总光子数
s 值随高于阈值的泵浦速率线性增大，并且与 可见， 腔内总的自发辐射模数P具有同一数量级，即约为 108 ~ 1010 量级。 (第六章）
rad s ( ) P(r 1) 2
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3.阈值区域的精确结果
为简化计而假设 2 rad ，其结果为
(第六章）
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由以上两式可知：
s
RP 2 N s rad N P( t r 1) BR N s 2 N s
N s
R
s s Nt BR s 1 s 1
N s N t（或精确地 （1）高于阈值，即 s 1 时， 说是略低于 N t ）。 （2）高于阈值，即 r 1 且 N s N t时，腔内稳态
激光过程动力学
为了对激光振荡的基本原理有更深入和精确地描述， 必须分析激光器的动力学过程。
激光振荡的建立 脉冲激光器的尖峰振荡效应 激光器调Q技术原理 激光器锁模技术 激光器半经典理论概述
(第六章）
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激光振荡的建立
分析将激光器泵浦接通并使激活介质中的集
居数密度反转瞬间达到足够大的数值时，激 光器从自发辐射噪声到建立稳态的相干激光 振荡所需的时间；
激光振荡建立的阈值区域从自发辐射荧光到
激光的突变的过程。
(第六章）
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激光稳态振荡的建立
在t=0时刻，激光器内光子总数的速率方程：
TB )
R
r 1
ln(
稳态激光振荡建立的过程示意图
可见，稳态激光振荡建 立所需的时间TB与激光 器的泵浦超阈度r有关。
(第六章）
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2.考虑饱和效应稳态激光振荡建立所需的时间 腔内振荡模光强的增长速率可以表示为：
m (t )
RP N s RP 2 2 BR s
R
式中
N t
BR
( R / rad ) P
表示不计自发辐射贡献时激光器的阈值集居数反转
(第六章）
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从以上两式可看出： N s 1 s R N t N s 1 BR N s RP 1 N s RP 2 rrad s 2 BR s 1 2P （1）当低于阈值，即 N s Nt 时， s 值通常很小 约为零； （2）当低于阈值，只要 s P ，式中饱和项可忽 略，N s 就正比于泵浦速率RP，即
d 1 Va BR n dt R
m (t ) Va BR n
R
1
表示激光器工作物质中受激跃迁所引起的 振荡模光子数的瞬时相对增长速率 表示腔损耗所导致的振荡模光子数 的瞬时相对衰减速率
d m (t ) R dt
《激光原理与技术》
1.不计饱和效应的稳态激光振荡建立所需的时间 激光器介质中的光强较弱，不计介质中的原子 集居数密度反转或增益的饱和相应，腔内光强
0 的增长速率近似为常数，记为： m
由腔内光强随时间变化的速率方程
dI m (t ) R I (t ) dt
得到，腔内光强随时间变化规律：
2.考虑饱和效应稳态激光振荡建立所需的时间 将
1 I (t ) I ss 2
所需的时间视为激光振荡建立所需的时间
求解
I 0 I ss e rt I (t ) I ss I 0 (e rt 1)
得到
TB
1
ln(
I ss I 0 I ) R ln( ss ) I0 r 1 I0
(第六章）
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脉冲激光器的尖峰振荡效应
“尖峰”现象
利用快速响应的光电检测器和脉冲示波器，
可以发现典型的脉冲红宝石激光器自由振荡 的输出脉冲是由一系列无规则尖峰组成的；
四能级系统的激光器也存在类似的尖峰开启
改写为：
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1.不计饱和效应稳态激光振荡建立所需的时间
达到稳态振荡光强 Iss所需的时间可以 由下式近似求得：
I ss I 0 exp(
即：
TB
r 1
R
I ss ) I0
s [(r 1) (r 1) 2
4r P ] P 2
(第六章）
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单模激光器在阈值区域具有以下特点： 1. 振荡模的腔内光子数突然大幅度提高并达到自发辐 射总模数数量级。 2. 激活介质内激光跃迁上、下能级间的原子集居数先 随泵浦强度线性增大，直至被限制于阈值水平。 3. 光谱迅速变窄，使输出信号的频宽突然从宽带的自 发辐射频宽压缩到一个（或几个）激光模的单色辐 射。 4. 输出光束的空间方向性突然改善。 5. 输出光束统计特性的变化：从基本上是高斯无规则 噪声到相干振幅稳定的振荡。 总之，在泵浦的阈值区域，激光器腔内光场经历了从自发辐射荧 光到相干激光振荡的急剧变化
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激光稳态振荡的建立
稳态激光振荡建立所需的时间 ：
腔内光强从最初(t=0)的噪声信号 I 0 至达到稳 态振荡值 I ss 所需的时间，记为：T B
1。不计饱和相应的分析
2。考虑到饱和相应的更精确分析
(第六章）
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0 m
代入腔内光强随时间变化的速率方程 dI m (t ) R I (t ) dt 得到，腔内光强随时间变化规律：
dI 0 0 ( m R ) I ( m / Is )I 2 dt
(第六章）
I (t ) 1 Is
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P352给出典型的氦氖激光器稳态振荡建立过程的实验曲线
(第六章）
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激光振荡的建立
分析将激光器泵浦接通并使激活介质中的集
居数密度反转瞬间达到足够大的数值时，激 光器从自发辐射噪声到建立稳态的相干激光 振荡所需的时间；
激光振荡建立的阈值区域从自发辐射荧光到
N s RP 2
(第六章）
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激光振荡的建立
2.高于阈值时的稳态解
s 1
RP 2 N s rad Nt s P( r 1) BR N s 2 N s
s s N s Nt BR s 1 s 1 R
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主讲教师：陈建新、朱莉莉、陈荣
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(第六章）
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第六章
态的过程；
激光过程动力学
在第五章中，我们认为激光的产生是一个稳
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2.考虑饱和效应稳态激光振荡建立所需的时间
0 m R
激光器振荡模光强的未饱和净增长速率
饱和系数
0 m / Is
腔内光强随时间变化规律：
dI 0 0 ( m R ) I ( m / Is )I 2 dt