激光原理期末复习

激光原理期末复习（2014-6）

第一章：概述

1. 激光的特性：方向性好、单色好、相干性好、亮度高； 方向性、单色性、相干性、亮度的定义；为什么具有这些特性？

2. 相干长度的概念及计算：v c L c ∆=/ 第二章：激光产生的基本原理

1. 自发辐射、受激吸收、受激辐射概念；三种跃迁几率的定义式及计算；自发辐射和受激辐射的区别；三个爱因斯坦系数之间的关系。

2. 激光产生的两个基本（必要）条件：粒子数反转，光学谐振腔（减少模式数量）；激光产生的两个充分条件：阈值条件，增益饱和。为什么要具备这些条件？

3. 以红宝石和Nd:YAG 为例，分析三能级系统和四能级系统的构成、特点；如何实现粒子数反转分布？

4. 增益系数的定义和受激辐射光放大的概念。

5. 激光器的基本组成：工作物质、谐振腔、泵浦源；各部分所起的作用。

第三章：光学谐振腔与激光模式

1. 光学谐振腔的构成：由全反射镜和部分反射镜放置在工作物质两端；特点：侧面开放。

2. 共轴球面腔的稳定性条件；稳定腔、非稳腔、临界腔的含义。

3. 激光纵模的概念，纵模间隔。

4. 激光横模的概念，横模形成的原因，几个低阶横模的光强分布图

样。

5. 光学谐振腔的损耗种类：几何损耗，衍射损耗，透射损耗，非激活吸收损耗和散射损耗；衍射损耗和透射损耗的计算；损耗的最主要描述方法---平均单程损耗因子。

6. 自再现模的概念；自再现模积分方程；积分方程解的物理意义---本征函数代表光场分布，本征值与损耗和相位滞后相联系。

7. 方形镜对称共焦腔和圆形镜对称共焦腔的模式特征：基模的光腰半径、镜面上的光束半径、横截面上的光场分布、波面曲率半径、发散角、谐振频率；

9. 一般稳定球面腔的模式特征：等价共焦腔概念、共焦参数、基模光腰半径、光腰位置、发散角、谐振频率的计算；平凹腔共焦参数和光腰半径的计算。 第四章：高斯光束

1. 基模高斯光束的表示形式、基本性质，与普通球面波的区别。

2. 高斯光束的特征参量：光腰半径和光腰位置，某一位置的光束半径和波面曲率半径，q 参数表示法。它们之间的关系。

3. 高斯光束的聚焦：焦斑大小和焦斑位置的计算。 第五章：激光工作物质的增益特性

1. 谱线加宽线型函数、线宽的定义式；均匀加宽和非均匀加宽的特点，表示式；气体原子自然加宽、碰撞加宽和多普勒加宽的形成原因，线型函数和线宽计算：

， ⎪⎪⎭

⎫ ⎝⎛+=∆s s N v 121121ττπL P να∆=

2. 速率方程的意义；三能级系统和四能级系统单模速率方程。

3. （1）增益系数：n G ∆=21σ，与反转粒子数成正比。

（2）增益饱和概念，均匀加宽介质的增益饱和-----增益曲线均匀下降，非均匀加宽介质增益饱和的特点-----形成烧孔效应。

（3）均匀加宽介质的小信号增益系数和大信号增益系数：

)

/1()2/()()2/()()(2

2012

001S H H H

H I I v v v v v G v G +∆+-∆= （4）非均匀加宽介质的小信号增益系数和大信号增益系数：

第六章：激光器的工作特性

1. 激光器的振荡阈值：（1）阈值增益系数l G t /δ=；(2) 反转粒子数阈值l n t 21/σδ=∆，l 为介质长度。

2. 泵浦阈值：三能级系统和四能级系统连续激光器的阈值泵浦功率和脉冲激光器的阈值泵浦能量。

3. 均匀加宽和非均匀加宽介质振荡（起振）纵模数的计算。

4. 均匀加宽介质激光器的输出模式：模式竞争---理想情况下单纵模输出，反转粒子数空间烧孔效应引起多纵模输出。

5. 非均匀激光器的输出模式：多纵模输出。

6. 连续激光器的输出功率：

（1）均匀加宽介质单纵模（中心频率）输出功率：

117

22002

22()7.1610()D KT T mc M

ννν-∆==

⨯2

102

1(4ln2)()0

1(,)D i g I ννννν--

∆=

=

（2）非均匀激光器的输出功率：

非中心频率：

中心频率： （3）兰姆凹陷

7. 脉冲激光器弛豫振荡-----尖峰结构，形成原因。 第七章：激光特性的控制与改善 1. 模式选择

（1）激光纵模选取：短腔法，F-P 标准具选模，复合腔选模。 （2）激光横模选取：小孔光阑法-----小孔大小的计算。 （3）激光谱线选取：腔镜镀膜法，插入色散元件法。 2. 调Q 技术

（1）调Q 的基本思想。

（2）调Q 技术：电光调Q 、声光调Q 、可饱和吸收体调Q 。 （3）调Q 脉冲的能量、脉冲宽度、峰值功率与哪些因素有关？ 3. 超短脉冲技术

（1）锁模的基本原理：多纵模振荡、纵模等间隔、相位差恒定。 （2）脉冲周期、宽度、峰值功率的计算。

（3）锁模方法：主动锁模（利用声光效应的振幅调制锁模），被动锁模（可饱和吸收体锁模），自锁模（克尔透镜锁模）

02()1

()12H q s q g l P ATI T ννα⎡⎤=-⎢⎥

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2022

()4ln21q D m s g l P ATI ATI e νννδ--∆+⎧⎫⎡⎤⎪⎪⎢⎥==-⎨⎬⎢⎥⎪⎪⎣⎦⎩⎭

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4. 激光稳频：

引起频率漂移的原因----腔长和折射率变化，稳频方法—兰姆凹陷稳频。

5. 激光调制技术

（1）激光调制的概念和特点，外调制的方法----电光调制、声光调制、磁光调制，内调制（直接调制）的应用----半导体激光器。

（2）电光效应的概念----晶体在外加电压作用下，折射率发生各向异性改变，从而引起通过它的光的偏振态变化；电光效应的应用----电光调Q、主动锁模、电光调制；半波电压的意义和计算。

（3）声光效应、声光强度调制的原理和方法。

第八章：典型激光器

1. 固体激光器

（1）泵浦方式：灯泵浦、LD泵浦的结构和特点。

（2）红宝石激光器的能级结构、吸收谱、发射谱、激光波长。（3）Nd：YAG激光器的能级结构、吸收谱、发射谱、激光波长。（4）掺钛蓝宝石激光器的发光机理，荧光线宽，可调谐特性。

2. 气体激光器

（1）氦氖激光器的基本结构、泵浦方式、发光机理、激光波长、谱线竞争和谱线选择。

（2）氩离子激光器的发光机理，激光波长和谱线选择。

（3）二氧化碳激光器的输出波长和激光特点。

3. 染料激光器的基本结构、泵浦方式，发光机理，谱线调谐。