激光频率变换技术讲解共19页
激光调技术演示文稿
(一般为几十千瓦数量级)。不能提高的原因。 既然激光上能级最大粒子反转数受到激光器阈值的限制，那
么，要使上能级积累大量的粒子，可以设法通过改变（增加）激
光器的阈值来实现，就是当激光器开始泵浦初期，设法将激光器
的振荡阈值调得很高，抑制激光振荡的产生，这样激光上能级的
反转粒子数便可积累得很多。
第9页，共24页。
第4页，共24页。
产生弛豫振荡的主要原因：当激光器的工作物质被泵浦，上能级的粒子反转数 超过阈值条件时，即产生激光振荡，使腔内光子数密度增加，而发射激光。随着激 光的发射，上能级粒子数大量被消耗，导致粒子反转数降低，当低于阀值时，激光振 荡就停止。这时，由于光泵的继续抽运，上能级粒子反转数重新积累，
（1）第一阶段：积累阶段
电光调Q激光器如图所示。未加电场前晶体的折射率主轴为z、y、z。沿晶体光轴方向z 施加一外电场E ,由于普克尔效应,主轴变为x‘、y’,z‘。令光束沿z轴方向传播,经偏振器 后变为平行于x轴的线偏振光,入射到晶体表面时分解为等幅的x'和y'方向的偏振光,在晶体中 二者具有不同的折射率η’x和η’y。经过晶体长度d距离后,二偏振分量产生了相位差δ
声光调Q开关时间一般小于光脉冲建立时间,属快开关类型。由于开关的调制电压只需100 多伏,所以可用于低增益的连续激光器,可获得峰值功率几百千瓦、脉宽约为几十纳秒的高重复率巨 脉冲。但是,声光开关对高能量激光器的开关能力差,不宜用于高能调Q激。
只有振荡持续到t＝tD时，增长到了
ΦD ，雪崩过程才形成， Φ才迅速增 大，受激辐射才迅速超过自发辐射 而占优势。
ΦD Φi
图3 从开始振荡到脉冲形成的过程
第13页，共24页。
②激光产生输出 忽略泵浦和自发辐射的影响。
激光器的基本技术激光调Q技术讲解课件
测量领域
利用激光的高亮度和相干性好 的特点，实现高精度的测量和 定位。
军事领域
利用激光的高亮度和方向性好 的特点，实现远距离的探测、 跟踪和瞄准。
工业领域
利用激光的高亮度和高能量密 度的特点，实现各种加工和制 造，如切割、焊接、打标等。
02
激光调Q技术介绍
调Q技术的定义
调Q技术
调Q技术是一种控制激光器输出 脉冲宽度的技术，通过调节激光 器的腔长或腔内损耗，使激光器 在脉冲状态下工作，从而获得短 脉冲和高峰值功率的激光输出。
当激光器处于低损耗状态时，腔内的光子数会逐渐增加，当腔内的光子数达到最 大值时，突然关闭腔的损耗，使腔内光子数突然剧增，导致激光器产生单脉冲输 出。
调Q技术的实现方式
机械方式
通过调节反射镜或光学元件的位 置来实现腔长或折射率的调节。
电学方式
通过改变腔内电场的分布来实现 折射率的调节。
调Q技术的优缺点
调Q技术的原理
调Q技术的原理是通过调节激光 器的腔长或腔内损耗，使激光器 在脉冲状态下工作。在脉冲状态 下，激光器的输出功率和光束质 量得到显著提高，从而获得短脉 冲和高峰值功率的激光输出。
调Q技术的分类
调Q技术可以分为被动调Q和主动 调Q两大类。被动调Q技术利用某 些材料的物理特性（如非线性折 射率变化）来实现腔内损耗的调 节；主动调Q技术则通过外部控 制电路或声光调制器等设备来实 现腔内损耗的调节。
等优点。
激光调Q技术在工业领域的应用
激光调Q技术在工业领域的应用也非常广泛，它可以用于加工各种材料，如金属、 非金属、复合材料等。
激光调Q技术还可以用于制造各种产品，如激光打印机、激光投影仪、激光传感器 等。
激光频率变换技术
03
激光频率变换技术的应 用
光学参量振荡器（OPO）的应用
总结词
光学参量振荡器（OPO）是激光频率 变换技术中的一种重要应用，它利用 非线性光学效应，通过改变输入激光 的频率，产生新的激光输出。
详细描述
OPO技术广泛应用于激光雷达、光谱 学、光学通信等领域。通过调整输入 激光的参数，如功率、波长和相位， 可以获得不同频率的激光输出，满足 各种实验和应用需求。
激光频率变换的重要性
拓展激光应用范围
通过激光频率变换，可以将单一 波长的激光转换为多种波长的激 光，从而拓展了激光的应用范围。
提高激光性能
频率变换技术可以用于产生高功率、 高亮度、窄线宽等高性能的激光， 满足不同领域的需求。
实现光子器件集成
通过激光频率变换，可以将不同波 长的激光集成在同一光子器件中， 实现光子器件的小型化和集成化。
宽调谐范围
为了适应不同波段和光谱范围的应用，激光频率 变换技术将向宽调谐范围发展，实现更灵活的光 谱调控。
微型化与集成化
随着微纳加工技术的发展，激光频率变换技术将 逐渐实现微型化和集成化，有助于降低成本和提 高可靠性。
应用前景
光学通信
生物医学成像
激光频率变换技术可用于实现高速、大容 量的光学通信系统，满足未来信息传输的 需求。
详细描述
在光学声子频率变换中，通过在介质中产生光学声子，利用其与光子的相互作用 ，实现激光频率的变换。这种技术具有较高的转换效率和调谐范围，被广泛应用 于光通信和量子信息等领域。
声光调制频率变换
总结词
声光调制频率变换是一种利用声波调制激光频率的技术。
详细描述
声光调制器是一种利用声波调制激光光束的装置，通过在介 质中产生声波，利用其与光波的相互作用，实现激光频率的 调制。这种技术具有较高的调制速度和调谐范围，被广泛应 用于光通信和显示等领域。
第三讲-激光稳频技术PPT课件
振腔的两个反射镜安置在殷钢架上，其中一个贴在压电陶
瓷环上；陶瓷环的长度约为几厘米，环的内外表面接有两
个电极，加有频率为f的调制电压，当外表面为正电压, 内表
面为负电压时陶瓷环伸长, 反之则缩短。改变陶瓷环上的电
压即可调整谐振腔的长度，以补偿外界因素所造成的腔长
变化。光电接收器一般采用硅光电三极管，它能将光信号
mc(mc) mmcc
近红外和可见光波段，其多普勒线宽Δυm一般不小于
108~109Hz， Δυc约为106~107Hz量级，利用泰勒展
开， f(x ) f( 0 ) f( 0 )x f2 ( ! 0 )x 2 ，取到一次方，
2021/7/24注意x= Δυc/ Δυm（可认为是小量）
7
c(mc) m c
2021/7/24
13
4）磁场的影响
为了减小温度影响，激光谐振腔间隔器多采用殷钢 材料制成，但殷钢的磁致伸缩性质可能引起腔长的变化， 如1.15μm波长的He-Ne激光器，仅由于地磁场效应可以 产生140kHz的频移。因而地磁场效应和周围电子仪器的 散磁场对于高稳定激光器影响必须加以考虑。
综上所述，环境温度的变化、机械振动等外界干扰
q
c 2nL
(注2nL=qλ)
q为纵模的序数。从式中可以看出，若腔长或腔内的折 射率n两者都发生变化，则激光振荡频率也将变化，
(类似于偏微分,再把上式代入可得下式)
q ( 2 n L c 2 L 2 n n 2 L ) ( L L n n )
LL
nn
故激光频率的稳定问题，可以归结为如何设法保持腔
2021/7/24
图1 单频CO2激光器防震、恒温装置
15
1.激光器 2.减震器 3.石英玻璃管 4.铅筒(外绕加热丝)
激光原理与激光技术完整演示文稿
第5页，共48页。
对参考标准频率的要求： （１）谱线中心频率的稳定性和复现性要好。 （２）线宽要窄。 （３）有足够的信噪比。 （４）谱线频率与受控激光器频率要匹配。
兰姆凹陷稳频利用激光本身的原子跃迁中心频率作为参考点，而原子跃 迁的中心频率易受放电条件等影响而发生变化，所以频率稳定性和复现性受 到局限。
饱和吸收稳频：采用外界参考频率标准进行稳频，如在谐振腔中放入一 个低气压的原子（分子）吸收管，气压很低，碰撞加宽很小，吸收线中心频率 的压力位移也很小，吸收管无放电作用，故谱线中心频率比较稳定，谱线宽度 较窄，所以在吸收线中心处形成一个位置稳定且宽度很窄的凹陷，以此作为频 率的参考点，频率稳定性和复现性得到很大提高。
激光原理与激光技术完整演示 文稿
第1页，共48页。
激光原理与激光技术完整
第2页，共48页。
二、影响激光频率稳定的因素
激光振荡频率决定于原子跃迁中心频率 m 谐振频率 c ，谐
，谱线宽度 m ，谐振腔
通常情况下有： m c ，上式可简化为：
第11页，共48页。
基本思想：将传播方向相反而路径基本重合的两束泵浦光（或饱和光）与 探测光、穿过气体样品，当激光频率扫描到原子或分子的超精细能级的共振频 率时，根据多普勒效应，只有在探测光路径上速度分量为零的那部分原子或分 子由于其多普勒频移为零，才能同时与泵浦光和探测光发生共振相互作用，由 于较强的泵浦光使这部分原子在基态的数目减少，所以对探测光的吸收减少， 因而谱线呈吸收减弱的尖峰即超精细跃迁峰。
若激光器１相对于激光器２的稳定性很高，可以认为 1 0 （参考
激光原理与技术--第二章 激光器的工作原理
0.3GHz
q
2L
q
2 5 101 m 6.328107 m
1.5803106
q 1.5 10 9 Hz 5 310 8 Hz
34
第三十四页，共60页。
激光的产生
激光振荡示意图
35
第三十五页，共60页。
❖ 三能级系统
粒子数反转激励条件
激光的产生有三个能级
E 下能级，基态能级： 1
上能级，亚稳态能级:
a) 三能级
E3
A30
S32
W03
E2
A21 B12 B21
E1
E0
b) 四能级
量子效率0
亚稳态发射的荧光光子数 工作物质从光泵吸收的光子数
1
2
三能级1
=
S32 S32 +A31
2
A21 A21 S21
四能级1
=
S32
S32 +A30
+A31
优质红宝石: 0.7
钕玻璃: 0.4
50
纵模的频率间隔：
q
q1
q
C
2L
18
第十八页，共60页。
腔的纵模在频率尺度上是等距离排列的
激光器谐振腔内可能存在的纵模示意图
19
第十九页，共60页。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
q 0.5109 Hz
❖ L=10厘米和L=30厘米的He-Ne气体激光器
L=10厘米的He-Ne气体激光器
q 1.5109 Hz
L=30厘米的He-Ne气体激光器
21 第二十一页，共60页。
激光谐振腔内低阶纵模分布示意图
22 第二十二页，共60页。
激光纵模分布示意图
第7章激光频率变换技术
SH G c3 2 n2n 21 12def2If1(0)L 2sicn 2( k/L 2)
结论
①倍频转换效率正比于入射的基频光波的光强， 输出的倍频光波的光强正比于基频光波的光强的 平方。
②倍频转换效率正比于有效倍频极化系数的平方， 为了提高倍频转换效率，需选用非线性极化系数 大的非线性介质。
Iz22 iz2 k 2(E 1 iE 2jE * 3k E 1 i*E 2j* E 3k)
Iz32 izk 3 3(E 1iE2jE*3kE 1i*E2j*E 3k)
11Iz112Iz213Iz3
N1 N2 N3
z z
z
7.3 光学倍频
p 0 (( 1 )E (2 ):E E (3 )E E )E
E1(z,t)E1cos1t(k1z) E2(z,t)E2cos2t(k2z)
p ( z ,t) 0 {( 1 )[ E 1 co 1 t k s 1 z ) ( E 2 co 2 t k s 2 z )( ]( 2 )[ E 1 co 1 t k s 1 z )( E 2 co 2 t k s 2 z )2 ( } ]
7.4 光学和频与差频效应
和频（频率上转换）
差频（频率下转换）
扩大激光器的频谱范围
• 例：可见光或近红外激光 紫外波段的激光
• 利用近红外波段激光的泵谱将中红外波段的激光变换成近红外区域或 可见光区域的光波.
• 差频:可见光
中红外
• 中红外 远红外
强信号光(泵谱光)\弱信号光
,l1,2,3
E 3kz(z)ik 3E 1i(z)E2j(z)ei k z 在相位匹配下
7.1全固态激光器及其非线性光学频率变换技术
典型全固态激光器
半导体 激光器
典型全固态激光器结构
全固态激光器的的技术发展
Rod
Slab
Disk Fiber
非线性光学频率变换技术
在非线性晶体中，如果注入的泵浦光足够强， 在非线性晶体中，如果注入的泵浦光足够强， 就会发生一系列的非线性效应。 就会发生一系列的非线性效应。
非线性过程中的光子
光子能量必须满足
全固态激光器及其非线性光学频率变换技术
全固态激光器特点
全固态激光器就是半导体泵浦的固体激光器， 全固态激光器就是半导体泵浦的固体激光器， 英文为： Diodesolid英文为：Laser Diode-pumped solid-state laser，简写为LDP－ laser，简写为LDP－SSL ，或DPL ，或DPL 效率高 光束质量好 稳定性好 体积小、重量轻 可靠性好，易于维护
内腔倍频高功率绿光激光器
平均功率：110W 平均功率：110W 重复频率：1 30kHz; 重复频率：1~30kHz; 脉宽：<230ns 脉宽：<230ns 不稳定性: 不稳定性: <1.03% 03%
基于全固态激量振荡
准相位匹配是在“ 准相位匹配是在“介电体超晶 中实现。所谓介电体超晶格 介电体超晶格， 格”中实现。所谓介电体超晶格， 是指在介电晶体中引入可与经典波 光波和声波） （光波和声波）波长相比拟的超周 期结构， 期结构，此种晶体也被称为光学超 晶格、声学超晶格或微米超晶格。 晶格、声学超晶格或微米超晶格。 通过调节超晶格的倒格矢， 通过调节超晶格的倒格矢，即调节 超晶格的周期， 超晶格的周期，可以弥补由于折射 率色散而产生的波矢失配， 率色散而产生的波矢失配，这就是 准相位匹配” “准相位匹配”。
激光多普勒测速讲解PPT课件
νs1 νs 2
νi νi
υ
c
υ
c
(es
(es
ei1)νi
ei2 )νi
νDs
υ
c
(ei2
ei1)νi
应用前面的推导 νDs
2u i
sin
2
或u
iνDs 2 sin
2
7
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血液流速的测量
➢ 图6-34是激光多普勒显微镜光路图
8
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（多普勒频移）； ➢ 双散射光束型多普勒测速：检测两束散射光之间的频差
（多普勒频差）。
4
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参考光束型多普勒测速
图6-32所示为参考光束型测速方法的光路的原理图
设 Ei (t) 和ES (t) 分别表示参考光和散射光的电矢量的瞬时值 则
Ei t Ei exp j2νit i ES t ESexp j2νSt S
20
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其它激光器
准分子激光器：(如ArF，193nm，用于光刻机) 自由电子激光器：工作物质是自由电子束，利用电子加速器 。 ➢ 输出的激光波长可在相当宽的范围内连续调谐，原则上可从厘米波一 直调谐到真空紫外。 ➢ 可以获得极高的光功率输出。 ➢ 将在激光分离同位素、激光核聚变、光化学、激光光谱和激光武器等 方面有着重大的应用前景。目前，自由电子激光器仍处于试验阶段。 化学激光器：将化学能直接转换成激光 、输出的激光波长丰富 、高 功率、高能量激光输出 。 光纤激光器。
13
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固体激光器
固体激光器是以掺杂离子的绝缘晶体或玻璃作为工作物质的激 光器。 常采用的固体工作物质仍然是红宝石、钕玻璃、掺钕钇铝石榴 石(Nd3＋:YAG)等三种 。 固体激光器的特点：输出能量大(可达数万焦耳)，峰值功率高 (连续功率可达数千瓦，脉冲峰值功率可达千兆瓦、几十太瓦)， 结构紧凑，牢固耐用。 广泛应用于工业、国防、医疗、科研等方面，例如打孔、焊接、 划片、微调、激光测距、雷达、制导、激光视网膜凝结、全息 照相、激光存储、大容量通信等。
激光器的光纤激光与腔内频率转换技术
激光器的光纤激光与腔内频率转换技术光纤激光器是一种新型的激光光源，具有很多优点，如体积小、重量轻、效率高、稳定性好等它在许多领域都有广泛的应用，如通信、医疗、制造等腔内频率转换技术是一种将激光器发出的光频率进行转换的技术，可以实现激光器的波长调谐和窄线宽输出一、光纤激光器的工作原理光纤激光器是利用光纤的光学特性来产生激光的一种激光器它的工作原理是利用光纤的双折射效应，将激光器发出的光进行模式选择，然后通过光纤的增益介质进行放大，最后通过光纤的输出端口发出激光光纤激光器具有很多优点，如体积小、重量轻、效率高、稳定性好等二、光纤激光器的优点光纤激光器具有很多优点，如体积小、重量轻、效率高、稳定性好等它的体积小，可以方便地进行集成和封装；重量轻，可以方便地进行携带和安装；效率高，可以节省能源和减少热量的产生；稳定性好，可以保证激光的输出质量和稳定性三、腔内频率转换技术的工作原理腔内频率转换技术是一种将激光器发出的光频率进行转换的技术，可以实现激光器的波长调谐和窄线宽输出它的工作原理是在激光器的腔内加入一种频率转换介质，当激光器发出的光通过这种介质时，光的频率会发生转换通过改变频率转换介质的性质，可以实现激光器的波长调谐和窄线宽输出四、腔内频率转换技术的应用腔内频率转换技术在激光器领域有广泛的应用，如波长调谐、窄线宽输出、频率稳定性等波长调谐可以实现激光器在不同波长的输出，满足不同应用的需求；窄线宽输出可以提高激光器的输出质量和稳定性；频率稳定性可以保证激光器的输出频率不受到环境因素的影响五、光纤激光器与腔内频率转换技术的结合光纤激光器与腔内频率转换技术的结合可以实现激光器的波长调谐和窄线宽输出通过在光纤激光器的腔内加入频率转换介质，可以实现激光器的波长调谐和窄线宽输出这种结合可以提高激光器的输出质量和稳定性，满足不同应用的需求六、总结光纤激光器是一种新型的激光光源，具有很多优点，如体积小、重量轻、效率高、稳定性好等腔内频率转换技术是一种将激光器发出的光频率进行转换的技术，可以实现激光器的波长调谐和窄线宽输出光纤激光器与腔内频率转换技术的结合可以实现激光器的波长调谐和窄线宽输出，提高激光器的输出质量和稳定性，满足不同应用的需求光纤激光器是一种采用光纤作为增益介质的激光器，它具有许多独特的优势，如体积小、重量轻、效率高、稳定性好等而腔内频率转换技术则是一种能够实现激光器波长调谐和窄线宽输出的技术这两者的结合，使得激光器在各种应用场景中都能发挥出更高的性能一、光纤激光器的工作原理光纤激光器的工作原理主要基于光纤的双折射效应激光器发出的光通过光纤时，会受到光纤的结构和材料的影响，从而产生模式选择被选中的光模式会在光纤的增益介质中不断放大，最终从光纤的输出端口发出激光二、光纤激光器的优点光纤激光器具有许多优点，如体积小、重量轻、效率高、稳定性好等这些优点使得光纤激光器在各种应用场景中都能发挥出优势三、腔内频率转换技术的工作原理腔内频率转换技术是一种能够实现激光器波长调谐和窄线宽输出的技术它的工作原理是在激光器的腔内加入一种频率转换介质，当激光器发出的光通过这种介质时，光的频率会发生转换四、腔内频率转换技术的应用腔内频率转换技术在激光器领域有广泛的应用，如波长调谐、窄线宽输出、频率稳定性等波长调谐可以实现激光器在不同波长的输出，满足不同应用的需求；窄线宽输出可以提高激光器的输出质量和稳定性；频率稳定性可以保证激光器的输出频率不受到环境因素的影响五、光纤激光器与腔内频率转换技术的结合光纤激光器与腔内频率转换技术的结合，可以实现激光器的波长调谐和窄线宽输出通过在光纤激光器的腔内加入频率转换介质，可以实现激光器的波长调谐和窄线宽输出这种结合可以提高激光器的输出质量和稳定性，满足不同应用的需求六、总结光纤激光器与腔内频率转换技术的结合，使得激光器在各种应用场景中都能发挥出更高的性能这种结合不仅可以实现激光器的波长调谐和窄线宽输出，还可以提高激光器的输出质量和稳定性，满足不同应用的需求随着科技的不断发展，我们有理由相信，这种技术将会得到更广泛的应用，并为我们的生活带来更多便利应用场合1.通信领域：在通信领域，光纤激光器与腔内频率转换技术的结合可以提供高稳定性和高频率的选择性，这对于长距离通信和数据中心的光传输非常重要通过波长调谐，可以实现多波长同时传输，增加数据传输的容量2.医疗领域：在医疗领域，光纤激光器的高亮度和单色性使其成为手术和治疗过程中的理想光源腔内频率转换技术可以提供不同波长的激光，以适应不同类型的手术和治疗需求3.制造领域：在制造业中，光纤激光器由于其高功率和良好的方向性，被广泛用于切割、焊接、打标和雕刻等工艺结合腔内频率转换技术，可以实现更广泛的材料加工能力，尤其是在需要特定波长光源的制造过程中4.科研领域：在科研领域，光纤激光器的窄线宽输出和高稳定性对于光谱分析和精密测量非常重要腔内频率转换技术可以提供广泛的光谱范围，有助于科学家进行更深入的研究5.军事领域：在军事领域，光纤激光器由于其抗干扰能力和隐蔽性，被用于激光武器、激光通信和目标指示等腔内频率转换技术可以提供多波长的光源，以满足不同的军事应用需求注意事项1.温度控制：光纤激光器的工作温度对其性能有很大影响因此，需要精确控制工作温度，以保持激光器的稳定性和效率2.光纤质量：光纤的质量直接影响到激光器的输出质量选择高质量的光纤是确保激光器性能的关键3.腔内介质：在实施腔内频率转换技术时，需要选择合适的频率转换介质介质的选择应考虑到转换效率、稳定性以及与光纤激光器的兼容性4.防震措施：由于光纤激光器和频率转换装置对振动敏感，因此在操作过程中需要采取防震措施，以避免振动对设备性能的影响5.安全操作：激光器操作过程中应遵循安全规程，采取适当的安全措施，如佩戴防护眼镜、避免直接目视激光等6.维护和校准：定期对光纤激光器和频率转换装置进行维护和校准，以确保其长期稳定运行7.环境因素：激光器对环境因素如温度、湿度和灰尘等都有一定的要求应确保激光器工作在适宜的环境中，以避免环境因素对设备性能的影响8.电源稳定性：激光器对电源的稳定性有较高要求不稳定的电源可能会导致激光器性能下降，甚至损坏设备因此，应使用稳压电源，并确保电源的稳定供应通过合理应用这些技术和注意上述事项，可以确保光纤激光器与腔内频率转换技术的最佳性能，同时延长设备的使用寿命，确保操作的安全性和可靠性。
激光频率变换技术共19页
▪
26、要使整个人生都过得舒适、愉快，这是不可能的，因为人类必须具备一种能应付逆境的态度。——卢梭
▪
27、只有把抱怨环境的心情，化为上进的力量，才是成功的保证。——罗曼·罗兰
▪Байду номын сангаас
28、知之者不如好之者，好之者不如乐之者。——孔子
▪
29、勇猛、大胆和坚定的决心能够抵得上武器的精良。——达·芬奇
▪
30、意志是一个强壮的盲人，倚靠在明眼的跛子肩上。——叔本华
谢谢！
19
激光频率变换技术
36、“不可能”这个字(法语是一个字 )，只 在愚人 的字典 中找得 到。--拿 破仑。 37、不要生气要争气，不要看破要突 破，不 要嫉妒 要欣赏 ，不要 托延要 积极， 不要心 动要行 动。 38、勤奋，机会，乐观是成功的三要 素。(注 意：传 统观念 认为勤 奋和机 会是成 功的要 素，但 是经过 统计学 和成功 人士的 分析得 出，乐 观是成 功的第 三要素 。
第六章激光频率变换技术分析
)
(2) jik
(1;3,
2
)
(2) kji
(2;
1, 3 )
（3）Kleinmn对称性
可以证明，当参与非线性相互作用的各光波的频率均位 于晶体的同一透明区域内，且忽略色散影响时，介质的二阶 非线性极化率的下标可以任意交换（不需要相应的频率一同 成对交换），而其值不变，这样27个分量只有10个是独立的。
激光频率变换技术
许多实际应用中需要的激光波长并不能由受激辐射的激光 介质直接产生，必须通过激光频率变换技术来获得。本章将讨 论利用非线性光学方法实现激光频率变换的技术，其物理基础 是使具有很高功率密度的激光通过某些介质，引起这些介质产 生非线性极化，从而产生新波长的激光。
第六章 激光频率变换技术
6.1 介质的非线性极化 6.1.1 非线性极化概述 一、光与物质相互作用的机理
p qr
P Nqr
若单位体积中有N 个电偶极子，N 个偶极矩的矢量和为
极化强度P。
电极化强度产生极化场，极化场发出次级辐射。
在入射光强较弱的情况下（线性光学），有 P 0(1)E
此时，介质中的物质方程为
D
0E
P
0E
0
(1) E
0
(1
(1)
)E
0
(1) r
E
若E 以ω作简谐变化，P 及其产生的次级电磁辐射也以同样的
将上式展开，将出现许多新的频率成分：
P21
E 1
(2) 2
20
1
cos(21t
2k1z)
P22
1 2
0
(2)
E22
cos(22t
2k2
z)
P12 0(2)E1 E2 cos[(1 2 )t (k1 k2)z]
《激光稳频技术》课件
contents
目录
• 引言 • 激光稳频技术的基本原理 • 激光稳频技术的主要方法 • 激光稳频技术的实验装置与操作流程 • 激光稳频技术的应用实例 • 激光稳频技术的未来定义
激光稳频技术是一种利用各种物理效 应和光学技术，对激光频率进行稳定 和控制的科学技术。
原子干涉法
总结词
利用原子相干性，通过干涉现象对激光频率进行稳定的方法 。
详细描述
原子干涉法利用了原子相干性的特点。通过将原子制备成特 定的量子态，可以产生干涉现象。通过监测干涉现象的变化 ，可以调整激光的频率，使其稳定在一个特定的值上。这种 方法具有较高的稳定性和精度。
原子锁定法
总结词
利用原子能级结构，通过控制激光频率 与原子能级跃迁频率一致，实现激光频 率稳定的方法。
03 激光稳频技术的主要方法
饱和吸收法
总结词
通过利用饱和吸收现象，对激光频率进行稳定的方法。
详细描述
饱和吸收法利用了物质对激光的吸收特性。当激光的功率增加到一定程度时，物质的吸收系数会因为饱和效应而 减小，从而导致透射光的频率移动。通过监测透射光的频率变化，可以调整激光的频率，使其稳定在一个特定的 值上。
在光学频率梳中的应用
光学频率梳是一种能够产生一系列稳 定、等间距的梳状光谱的装置，广泛 应用于光谱分析、频率计量等领域。 激光稳频技术的应用，可以提高光学 频率梳产生的光谱的稳定性，减小频 率漂移，从而提高光谱分辨率和测量 精度。
VS
具体而言，通过采用激光稳频技术， 可以稳定光学频率梳中激光器的频率 ，使其与参考频率保持高度一致。这 样，产生的光谱梳状结构就会更加稳 定，光谱线宽更窄，能够更好地满足 高精度光谱分析和测量的需求。
激光原理与技术 第19讲 增益饱和
GH 0 , IS G0H 0 / 2
上式可得到结论，
中心频率 0处大信号增益系数为小信号增益系数的一半；
GH , I
GH 0
0 2 H / 22 0 2 H / 22 1 I
/
IS
I
IS
0 2 H / 22 0 2 2 H / 22
与光强无关
GH
, I
GH 0
0 2 0 2 H
H / 22 / 22 1 I
/
IS
10
19.2 均匀加宽工作物质的增益饱和
当I 可以与IS比拟时，GH ( , I )的值将随着I的增加而减少，
这种现象就是增益饱和现象；
当
时：
0
当I 0
I
时：
S
GH 0 , I0
G0H 0
0
2
H /2 2 1 I /Is
GH , I
2
2
2
n0
0 H 2
2
2
21
H / 2
2
2
0 H 2 1+I / IS
0 H 2
2
n0 21
H / 2
2
2
0 H 2 1+I / IS
9
19.2 均匀加宽工作物质的增益饱和
令G0H
0
n0 21
2
19.1 均匀加宽工作物质的粒子反转数饱和
2、均匀加宽下的n的饱和
只要入射光的频率落在谱线线宽以内，就会产生受激吸收和
受激辐射；
如果I 足够强，受激辐射对原子系统的各能级上的粒子数目的
影响就必须考虑。
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