激光原理与技术复习大纲

第一章 激光的原理及技术基础

1、激光的特点：高方向性（空间相干性），高单色性（时间相干性），高相干性，高亮度。

2、激光产生的必要条件是：粒子数反转条件。粒子数反转指的是上能级的粒子数大于下能级的粒子数。另外，还需要谐振腔，以及增益大于或等于损耗。

3、激光输出的平面发散角与光束的衍射角的关系。发散角的公式。

4、不同类型和不同特点的激光器的结构不同，但是基本结构是一样的，都是由激光工作物质、泵浦源和光学谐振腔三大部分组成。

5、明确三者的作用：激光工作物质是产生粒子数反转的物质；泵浦源是使工作物质产生粒子数反转；光学谐振腔在激光器中所起的作用是提供正反馈和激光输出，还对振荡光束的方向和频率进行限制。

6、谐振腔的稳定性条件：1201J J <<，其中1L J R ⎛

⎫

=-

⎪⎝⎭

。满足1201J J <<条件的腔称为稳定腔；满足121J J >或120J J <条件的腔称为非稳腔，如双凸腔，平—凸腔；满足120J J =或121J J =条件的腔称为临界腔，如对称共焦腔，平行平面腔和共心腔。

7、激光振荡模式分为纵模和横模。相邻的纵模间的频率间隔为2q c L

νη∆=

。激

光器中可能出现的纵模数与两个因素有关：一是原子（分子和离子）自发发射的荧光线宽F ν∆，F ν∆越大，可能出现的纵模数越多；二是谐振腔的谐振频率间隔2q c L

νη∆=

，L 越大，q ν∆越小，在同样F ν∆内所容纳的纵模数越

多（计算很重要）。横模的表示方法要掌握。

8、光腔的损耗包括多方面，有工作内部损耗和谐振腔的损耗，其中工作内部损耗包括：由工作物质的不均匀性导致一部分光发生折射或散射，从而逸出腔外，工作物质存在合适的能级，使得不是处于激光下能级的例子吸收光子并跃迁；谐振腔的损耗包括：透射损耗，吸收损耗，散射损耗和衍射损耗等。 9、激光振荡的阈值条件：G δ≥。

10、激光的英文表示（全拼）。(laser light amplification by stimulated emission

of radiation)

11、腔内光子寿命的定义。

第二章 激光工作物质及基本原理

1、黑体辐射的概念，熟悉普朗克公式。

黑体辐射概念:在一定温度下，当黑体内部的辐射和吸收达到热平衡，即空腔内辐射能量等于黑体吸收能量时，可以由此推知空腔内存在完全确定的辐射场。这种辐射场称为黑体辐射或空腔辐射

2、光和物质的三种作用：自发辐射，受激吸收和受激辐射。其中，激光的产生主要是受激辐射。三种作用的定义以及三个跃迁爱因斯坦系数之间的关系要搞得清。

3、谱线加宽的种类：均匀加宽(洛伦兹函数，自然加宽、碰撞加宽），非均匀加宽（高斯函数，多普勒加宽、晶格缺陷加宽）和综合加宽，以及相对应的线型函数。

4、烧孔效应。

第三章 光学谐振腔

1、共焦腔中高斯光束的特点。

在共焦腔的中心处是强度为高斯分布的平面波，在其他地方是强度为高斯分布的球面波。

2、基模的光斑尺寸和波阵面的曲率半径的计算（计算很重要）。以前布置的作业要复习。

3、多横模的横模体积与基横模体积之间的关系：00mn V V =。

4、三种腔各自的优缺点： 稳定腔：

优点：几何偏折损耗很低，调整精度要求较低，适用于中小功率激光器件； 缺点：波型限制能力较弱，输出光束发散角较大。

介稳腔：

优点：波型限制能力较强，光束方向性极好，模体积较大，易获得单横模振荡；

缺点：光腔调整精度要求高，几何偏折损耗较大，不适用于小增益激光器件。非稳腔：

优点：波型限制能力较强，输出光束发散角小，光束质量好；

缺点：单程损耗很高，所以适用于高增益大口径激光器系统。

第四章激光器工作原理

1、激光产生的阈值条件。

2、均匀加宽激光器的输出模式和纵模竞争；非均匀加宽激光器的输出模式和纵模竞争。

3、弛豫振荡的概念，以及它产生的物理机制。

4、激光放大器和激光振荡器的种类。

按工作方式分：行波放大器（工作物质两端面无反射）（横向均匀激励连续激光放大器，纵向光激励的连续激光放大器，脉冲激光放大器），再生放大器即法布里-珀罗放大器（通常两端面具有一定反射且传输方向垂直于端面）

5、比较三能级系统与四能级系统谁的阈值小。

三能级系统所需的阀值能量比四能级大的多，这是因为三能级系统激光器中，至少要把一半的粒子数激励到E2能级上去才能形成粒子数反转。而四能级系统的激光下能级为激发态，由于n1约等于0，只需要把△nt个粒子激励到E2能级上去，就可使介质中的增益克服腔中的损耗而产生激光振荡。

第五章典型的激光器件

1、激光器的分类和特点；

按其产生工作物质的不同可分为气体，固体，半导体，液体，化学，自由电子等。

2、固体激光器的特点，固体激光器的工作原理，典型的固体激光器。

答：特点：能量大，峰值功率大，结构紧凑，牢固耐用，热效应严重。

典型的固体激光器：红宝石激光器，钕玻璃激光器，Nd3+：Y AG激光器。

3、气体激光器的特点，气体激光器的工作原理，典型的气体激光器。

答：特点：工作物质种类多，激励方式类型多样，激光振荡谱线丰富，均匀性好，光束质量高，转换效率高，结构简单，器件成本低。

典型的气体激光器：氦-氖激光器，氩离子激光器，二氧化碳激光器。

4、半导体激光器的特点，半导体激光器的工作原理，典型的半导体激光器。半导体激光器的激励方式。

特点：超小型、高效率、结构简单、价格便宜等。材料是GaAs（砷化镓）、CdS （硫化镉）、PbSnTe（碲锡铅）等。

典型：双异质结激光器、条形、量子阱和分布反馈激光器（DFB）。

激励方式：PN结注入电流激励（最成熟）、电子束激励、光激励、和碰撞电离激励等4种。

第七章激光技术

1、光波的调制，包括幅度调制，频率调制，相位调制和强度调制。

2、电光效应的分类（指物质的折射率因外加电场而发生变化的一种效应，分为线性电光效应和二次电光效应），电光调制器的工作原理（利用电光效应可以对光波的相位、幅度、强度、以及偏振状态进行调制）。

3、声光相互作用的分类及各自的特点。

喇曼-奈斯衍射（超声频率较低，声光相互作用长度较短，光平行声波入射）：平行光通过光栅后将产生多级衍射，各级衍射对称地分布在零级光两侧，衍射光的强度随级数增加而减小。

布拉格衍射（频率较高，长度较长，光与声波面之间的角度满足布拉格）：效率较高。

4、调Q技术的原理，重点掌握电光调Q和声光调Q的工作原理。

5、锁模的定义，以及锁模的方法（主动锁模和被动锁模）。

定义：各纵模之间的相角有一个确定的关系，获得超短脉冲的激光输出，这种使各纵模的相角有一定关系的技术就称之为锁相技术，常称为锁模。

6、选模的方法，以及选模的依据。

基横模选择方法：光阑法选模，聚焦光阑法，猫眼腔选横模方法，谐振腔参数选