激光器及其原理简介讲解
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可检测出尺度小至5毫微米的表面起伏变化。用于检查微电路成品，
检查制作微电路用的硅表面的质量。
这两束光重新会合后发生干涉，
根据干涉的情况可知探针振动的变化情况。
据此可探知试样表面的原子起伏情况。
3.2常用激光器件介绍
1.固体激光器2.气体激光器3.染料激光器4.化学激光器*
5.
自由电子激光器*
2．原子间碰撞激发
3．光激发(光泵
二．粒子数反转举例
例. He一Ne
气体激光器的粒子数反转He -Ne激光器中He是辅助物质，Ne是激活物质，He与Ne之比为5∶1 ∼10∶1。
（要产生激光，除了增加上能级的粒子数外，
还要设法减少下能级的粒子数）
♦正好Ne的5S，4S是亚稳态，下能级4P，
3P的寿命比上能级5S，4S要短得多，这样就可以形成粒子数的反转。
(100 n m）（1.222 m m）二.种类：
ห้องสมุดไป่ตู้固体（如红宝石Al
2O 3）
液体（如某些染料）气体（如He-Ne，CO
2）
半导体（如砷化镓GaAs）" "
按工作物质分
但要产生激光必须使原子激发;且N 2 >N 1,称粒子数反转(population inversion。原子激发的几种基本方式：
1．气体放电激发
例１．激光光纤通讯
由于光波的频率比电波的频率高好几个数量级，一根极细的光纤能承载的信息量，相当于图片中这麽粗的电缆所能承载的信息量。
探针尖端在工作时处于受迫振动状态，其频率接近于探针的共振频率。探针尖端在受样品原子的范得瓦尔斯吸引力的作用时，其共振频率发生变化，因而振幅也随之改变。
为了跟踪尖端的振动情况，将一束激光分成两束，其中一束通过棱镜反射，另一束则穿过布喇格室，然后从探针背面反射回来。
ｌ.激励能源（使原子激发）
２.粒子数反转（有合适的亚稳态能级）３.光学谐振腔（方向性，光放大，单色性）基横模在激光光束的横截面上各点的
位相相同，空间相干性最好。
§6激光的特性及其应用
★方向性极好的强光束
--------准直、测距、切削、武器等。★相干性极好的光束
--------精密测厚、测角，全息摄影等。
不是常量,当I ↑时，会G ↓。
这是由于光强增大伴随着
粒子数反转程度的减弱。
（负反馈）
不会。
我们可以控制Ｒ1、Ｒ2的大小：对0.6328 μm ——Ｒ
1、R 2大
——Gm小(易满足阈值条件，使形成激光；对1.15 μm
、3.39 μm ——Ｒ1、Ｒ2小
——G m大（不满足阈值条件，形不成激光）。例如，若氦氖激光器N e原子的
3.1激光原理
一.特点：
方向性极好（发散角～10 -4弧度）
脉冲瞬时功率大（可达～10 14瓦）
♦空间相干性好，有的激光波面上
各个点都是相干光源。
♦时间相干性好（Δλ～10-8埃），
相干长度可达几十公里。
相干性极好
亮度极高
按工作方式分
连续式（功率可达104W）
脉冲式（瞬时功率可达1014 W）
三.波长：极紫外──可见光──亚毫米
0.6328 μm, 1.15 μm, 3.39 μm受激辐射光中,只让波长0.6328 μm的光输出，
利用加大纵模频率间隔
Δνk的方法,可以使Δν区间中只存在一个纵模频率。
比如缩短管长Ｌ到10 cｍ，
即Ｌ→L /10
则Δνk →10 Δνk
在Δν区间中，可能存在的纵模个数为Ｎ
=1。
小结：产生激光的必要条件
一．激光在工作物质内传播时的净增益
设ｘ＝0处，光强为I 0ｘI
ｘ+dx I + d I
有d I∝Idx
写成等式d I= G I dx
定义：增益系数G (gain coefficient
在激光的形成阶段G > G m ,光放大，怎麽光强不会无限放大下去？
在激光的稳定阶段
怎么又会G = G m ?
原因是实际的增益系数G
♦在碰撞中He把能量传递给Ne而回到基态，
而Ne则被激发到5S或4S；
♦放电管做得比较细（毛细管），可使原子与管壁碰撞频繁。借助这种碰撞，3S态的Ne原子可以将能量交给管壁发生“无辐射跃迁”而回到基态，
以及时减少3S态的Ne原子数，
有利于激光下能级4P与3P态的抽空。
♦Ne原子可以产生多条激光谱线,图中标明了最强的三条:
激光原理与技术
第一台（红宝石）激光器第一台
激光器
MAIMEN红宝石晶体
激光器
结构
普通光源-----自发辐射
激光光源-----受激辐射
激光又名镭射(Laser，它的全名是“辐射的受激发射光放大”。
(L ight A mplification by S timulated E mission of R adiation
0．6328μｍ
1．15 μm
3．39 μｍ
它们都是从亚稳态到非亚稳态、非基态之间发生的，因此较易实现粒子数反转。
§4增益系数
激光器内受激辐射光
来回传播时，并存着增益——光的放大；
损耗——光的吸收、散射、衍射、透射
（包括一端的部分反射镜处必要的激光输出）等。
激光形成阶段：增益＞损耗激光稳定阶段：增益＝损耗增益损耗
检查制作微电路用的硅表面的质量。
这两束光重新会合后发生干涉，
根据干涉的情况可知探针振动的变化情况。
据此可探知试样表面的原子起伏情况。
3.2常用激光器件介绍
1.固体激光器2.气体激光器3.染料激光器4.化学激光器*
5.
自由电子激光器*
2．原子间碰撞激发
3．光激发(光泵
二．粒子数反转举例
例. He一Ne
气体激光器的粒子数反转He -Ne激光器中He是辅助物质，Ne是激活物质，He与Ne之比为5∶1 ∼10∶1。
（要产生激光，除了增加上能级的粒子数外，
还要设法减少下能级的粒子数）
♦正好Ne的5S，4S是亚稳态，下能级4P，
3P的寿命比上能级5S，4S要短得多，这样就可以形成粒子数的反转。
(100 n m）（1.222 m m）二.种类：
ห้องสมุดไป่ตู้固体（如红宝石Al
2O 3）
液体（如某些染料）气体（如He-Ne，CO
2）
半导体（如砷化镓GaAs）" "
按工作物质分
但要产生激光必须使原子激发;且N 2 >N 1,称粒子数反转(population inversion。原子激发的几种基本方式：
1．气体放电激发
例１．激光光纤通讯
由于光波的频率比电波的频率高好几个数量级，一根极细的光纤能承载的信息量，相当于图片中这麽粗的电缆所能承载的信息量。
探针尖端在工作时处于受迫振动状态，其频率接近于探针的共振频率。探针尖端在受样品原子的范得瓦尔斯吸引力的作用时，其共振频率发生变化，因而振幅也随之改变。
为了跟踪尖端的振动情况，将一束激光分成两束，其中一束通过棱镜反射，另一束则穿过布喇格室，然后从探针背面反射回来。
ｌ.激励能源（使原子激发）
２.粒子数反转（有合适的亚稳态能级）３.光学谐振腔（方向性，光放大，单色性）基横模在激光光束的横截面上各点的
位相相同，空间相干性最好。
§6激光的特性及其应用
★方向性极好的强光束
--------准直、测距、切削、武器等。★相干性极好的光束
--------精密测厚、测角，全息摄影等。
不是常量,当I ↑时，会G ↓。
这是由于光强增大伴随着
粒子数反转程度的减弱。
（负反馈）
不会。
我们可以控制Ｒ1、Ｒ2的大小：对0.6328 μm ——Ｒ
1、R 2大
——Gm小(易满足阈值条件，使形成激光；对1.15 μm
、3.39 μm ——Ｒ1、Ｒ2小
——G m大（不满足阈值条件，形不成激光）。例如，若氦氖激光器N e原子的
3.1激光原理
一.特点：
方向性极好（发散角～10 -4弧度）
脉冲瞬时功率大（可达～10 14瓦）
♦空间相干性好，有的激光波面上
各个点都是相干光源。
♦时间相干性好（Δλ～10-8埃），
相干长度可达几十公里。
相干性极好
亮度极高
按工作方式分
连续式（功率可达104W）
脉冲式（瞬时功率可达1014 W）
三.波长：极紫外──可见光──亚毫米
0.6328 μm, 1.15 μm, 3.39 μm受激辐射光中,只让波长0.6328 μm的光输出，
利用加大纵模频率间隔
Δνk的方法,可以使Δν区间中只存在一个纵模频率。
比如缩短管长Ｌ到10 cｍ，
即Ｌ→L /10
则Δνk →10 Δνk
在Δν区间中，可能存在的纵模个数为Ｎ
=1。
小结：产生激光的必要条件
一．激光在工作物质内传播时的净增益
设ｘ＝0处，光强为I 0ｘI
ｘ+dx I + d I
有d I∝Idx
写成等式d I= G I dx
定义：增益系数G (gain coefficient
在激光的形成阶段G > G m ,光放大，怎麽光强不会无限放大下去？
在激光的稳定阶段
怎么又会G = G m ?
原因是实际的增益系数G
♦在碰撞中He把能量传递给Ne而回到基态，
而Ne则被激发到5S或4S；
♦放电管做得比较细（毛细管），可使原子与管壁碰撞频繁。借助这种碰撞，3S态的Ne原子可以将能量交给管壁发生“无辐射跃迁”而回到基态，
以及时减少3S态的Ne原子数，
有利于激光下能级4P与3P态的抽空。
♦Ne原子可以产生多条激光谱线,图中标明了最强的三条:
激光原理与技术
第一台（红宝石）激光器第一台
激光器
MAIMEN红宝石晶体
激光器
结构
普通光源-----自发辐射
激光光源-----受激辐射
激光又名镭射(Laser，它的全名是“辐射的受激发射光放大”。
(L ight A mplification by S timulated E mission of R adiation
0．6328μｍ
1．15 μm
3．39 μｍ
它们都是从亚稳态到非亚稳态、非基态之间发生的，因此较易实现粒子数反转。
§4增益系数
激光器内受激辐射光
来回传播时，并存着增益——光的放大；
损耗——光的吸收、散射、衍射、透射
（包括一端的部分反射镜处必要的激光输出）等。
激光形成阶段：增益＞损耗激光稳定阶段：增益＝损耗增益损耗