激光原理重点
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期末复习
1、考试题型 2、知识重点回顾 3、习题分析
1、考试题型
1）选择题……10分 2）填空题……40分 3）名词解释……12分 4）计算题……38分
题型分布
选择题 填空题 名词解释 计算题
10% 38%
40% 12%
2、知识重点回顾
第一章 1、激光与普通光源的相比有三个主要特点，即方向性好、相 干性好、高亮度。 2、辐射跃迁：因发射或吸收光子从而使原子的能级间发生跃 迁的现象。 3、非辐射跃迁：原子在不同能级跃迁时并不伴随光子的发射 和吸收，而是把多余的能量传给了别的原子或者吸收别的原子 传递给他的能量。 4、 单色辐射能量密度：辐射场中单位体积内，频率在ν 附近 的单位频率间隔中辐射的能量。 5、普朗克黑体辐射的单色辐射能量密度公式。 6、光与物质相互作用的三种基本过程：自发辐射、受激辐 射、受激吸收。
设 ＝1，求 q激/q自 多少？
q激 ＝ c3
nm / gm nn / gn
( Em En）
e kT 则：
n2 n1
h
e kT
exp[ 6.631034 3 109 ] 1 1.38 1023 300
n2
h
e kT
exp[
6.63 1034 3 108
] 0.1 T 6.26 103 K
2、知识重点回顾
第二章 1、稳定腔：腔中任一束旁轴光线经过任意多次往返传播而不逸 出腔外的谐振腔能够使激光器稳定地发出激光，称为稳定腔。 2、共轴球面腔的稳定性条件
0
1
L R1
1
L R2
1
3、稳定图的应用 4、三能级系统与四能级系统的特点 5、速率方程组 6、粒子数密度反转分布及其饱和效应 7、增益饱和 8、激光谐振腔内的光损耗分为两类：内部损耗、镜面损耗
2、知识重点回顾
第三章 1、自再现模积分方程的本征函数解的模代表对称开腔任意镜 面上的光场振幅分布，辐角则代表镜面上光场的相位分布。 2、自再现模积分方程的本征值的模反映了自再现模在腔内单 程渡越时所引起的功率损耗。本征值辐角与自再现模腔内单程 渡越后所引起的总相移有关。 3、横模：自再现模积分方程的本征函数解表示激光谐振腔中 存在的稳定的横向场分布，就是自再现模，通常叫作横模。 4、纵模：激光谐振腔中形成的每一列驻波称为一个纵模， 5、纵模频率间隔： 6、高斯光束基膜半径随传播距离按双曲线规律变化。 7、共焦腔镜面上的光场分布。 8、高斯光束的特征参量：束腰半径和远场发散角。
2、知识重Βιβλιοθήκη Baidu回顾
第四章 8、锁模技术：锁模技术强迫激光器中振荡的各个纵模的相 位固定，使各模式相干叠加以得到超短激光脉冲的技术。采 用锁模技术可以将激光脉冲压缩到飞秒量级。
第五章 1、激光器的泵补方式有哪些？固体、气体、染料、半导体 激光器为什么采取各自不同的泵浦方式？ 2、谱线竞争：在同一个激光器中，可能有多条激光谱线， 而这些谱线可能对应同一个激光上能级，其中一条谱线产生 振荡以后，用于其他谱线的反转粒子数减少，将使其他谱线 的增益和输出功率降低，甚至完全被抑制。这就是谱线的竞 争效应。
2、知识重点回顾
第三章 9、稳定球面腔的等价对称共焦腔
任意一个对称共焦腔场有无穷多个等相位面，因为存在无 穷多个等价的球面腔。
任意一个满足稳定性条件的球面腔只可唯一地与一个对称 共焦腔等价。 10、线宽极限：由自发辐射因素造成的激光线宽。 11、激光光束质量的品质因子 基横模高斯光束的品质因子等于1是品质因子的极小值。
光灯泵浦。 • 半导体激光器为了使其在导带底和价带顶形成粒子数反转，往往利用其他
激光器发出的激光作光泵激励，替代了以往用氪灯或氙灯泵浦激光晶体，
3、习题分析
第一章：
2、热平衡时，原子能级E2的数密度为n2，下能级E1的数密度为n1，设 g1= g2 ，求：(1)当原子跃迁时相应频率为 ＝3000MHz，T＝300K时 n2/n1为多少。(2)若原子跃迁时发光波长 ＝1m，n2/n1＝0.1时，则温 度T为多高？ 由热平衡时的玻尔兹曼定律：
n1
1.38 1023 1106 T
3、习题分析
第一章：
4、普通光源发射 ＝0.6000m波长时，如受激辐射与自发辐射光功率体密度 之比 ，q激/q自 = 1/2000
（1）求此时单色能量密度 为多少？
（2）在He—Ne激光器中若 ， 波长为0.6328m， 5.0 104 J s / m3
2、知识重点回顾
第一章 7、受激辐射所发出的光子与外来光子的特性完全相同：频率 相同、相位相同、偏振方向相同、传播方向相同。 8、爱因斯坦系数之间的基本关系。 9、均匀增宽（碰撞增宽、自然增宽）的线型函数为洛伦兹线 型函数；非均匀增宽（多普勒增宽）的线型函数为高斯线型函 数。 10、产生激光的三个必要条件：增益介质、外界激励源、光学 谐振腔。 11、光学谐振腔的作用： （1）延长增益介质（2）控制光束的传播方向（3）选择激光 振荡频率。
2、知识重点回顾
第四章 1、纵模竞争：通过增益饱和效应，使某个纵模逐渐把别的 纵模振荡抑制下去，最后只剩下该纵模振荡的现象。 2、纵模的选取方法： 短腔法；F-P标准具法；三反射镜法。 3、横模的选取方法： 光阑法、聚焦光阑法、腔内望远镜法。 4、激光频率的稳定性包括两个方面：一是频率稳定度；二 是频率复现度。根据实际需要和现实技术水平，一般希望稳 定度和复现度都能在10-8以上。 5、主动稳频的方法：兰姆凹陷法、饱和吸收法。 6、激光束的透镜变换和普通光束透镜变换的异同。 7、激光调Q技术
激光器的泵补方式有哪些？固体、气体、染料、半导体激 光器为什么采取各自不同的泵浦方式？
• 激励方式有电注入、电子束激励和光泵浦三种形 式。
• 固体激光工作物质是绝缘晶体，一般都采用光泵浦激励。目前的泵浦光源 多为工作于弧光放电状态的惰性气体放电灯。
• 气体激光器则主要通过高压放电进行泵浦，此方法易于操作且效果甚好。 • 染料分子的光辐射特殊性及其三重态“陷阱”，故采用激光脉冲泵浦或闪
1、考试题型 2、知识重点回顾 3、习题分析
1、考试题型
1）选择题……10分 2）填空题……40分 3）名词解释……12分 4）计算题……38分
题型分布
选择题 填空题 名词解释 计算题
10% 38%
40% 12%
2、知识重点回顾
第一章 1、激光与普通光源的相比有三个主要特点，即方向性好、相 干性好、高亮度。 2、辐射跃迁：因发射或吸收光子从而使原子的能级间发生跃 迁的现象。 3、非辐射跃迁：原子在不同能级跃迁时并不伴随光子的发射 和吸收，而是把多余的能量传给了别的原子或者吸收别的原子 传递给他的能量。 4、 单色辐射能量密度：辐射场中单位体积内，频率在ν 附近 的单位频率间隔中辐射的能量。 5、普朗克黑体辐射的单色辐射能量密度公式。 6、光与物质相互作用的三种基本过程：自发辐射、受激辐 射、受激吸收。
设 ＝1，求 q激/q自 多少？
q激 ＝ c3
nm / gm nn / gn
( Em En）
e kT 则：
n2 n1
h
e kT
exp[ 6.631034 3 109 ] 1 1.38 1023 300
n2
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e kT
exp[
6.63 1034 3 108
] 0.1 T 6.26 103 K
2、知识重点回顾
第二章 1、稳定腔：腔中任一束旁轴光线经过任意多次往返传播而不逸 出腔外的谐振腔能够使激光器稳定地发出激光，称为稳定腔。 2、共轴球面腔的稳定性条件
0
1
L R1
1
L R2
1
3、稳定图的应用 4、三能级系统与四能级系统的特点 5、速率方程组 6、粒子数密度反转分布及其饱和效应 7、增益饱和 8、激光谐振腔内的光损耗分为两类：内部损耗、镜面损耗
2、知识重点回顾
第三章 1、自再现模积分方程的本征函数解的模代表对称开腔任意镜 面上的光场振幅分布，辐角则代表镜面上光场的相位分布。 2、自再现模积分方程的本征值的模反映了自再现模在腔内单 程渡越时所引起的功率损耗。本征值辐角与自再现模腔内单程 渡越后所引起的总相移有关。 3、横模：自再现模积分方程的本征函数解表示激光谐振腔中 存在的稳定的横向场分布，就是自再现模，通常叫作横模。 4、纵模：激光谐振腔中形成的每一列驻波称为一个纵模， 5、纵模频率间隔： 6、高斯光束基膜半径随传播距离按双曲线规律变化。 7、共焦腔镜面上的光场分布。 8、高斯光束的特征参量：束腰半径和远场发散角。
2、知识重Βιβλιοθήκη Baidu回顾
第四章 8、锁模技术：锁模技术强迫激光器中振荡的各个纵模的相 位固定，使各模式相干叠加以得到超短激光脉冲的技术。采 用锁模技术可以将激光脉冲压缩到飞秒量级。
第五章 1、激光器的泵补方式有哪些？固体、气体、染料、半导体 激光器为什么采取各自不同的泵浦方式？ 2、谱线竞争：在同一个激光器中，可能有多条激光谱线， 而这些谱线可能对应同一个激光上能级，其中一条谱线产生 振荡以后，用于其他谱线的反转粒子数减少，将使其他谱线 的增益和输出功率降低，甚至完全被抑制。这就是谱线的竞 争效应。
2、知识重点回顾
第三章 9、稳定球面腔的等价对称共焦腔
任意一个对称共焦腔场有无穷多个等相位面，因为存在无 穷多个等价的球面腔。
任意一个满足稳定性条件的球面腔只可唯一地与一个对称 共焦腔等价。 10、线宽极限：由自发辐射因素造成的激光线宽。 11、激光光束质量的品质因子 基横模高斯光束的品质因子等于1是品质因子的极小值。
光灯泵浦。 • 半导体激光器为了使其在导带底和价带顶形成粒子数反转，往往利用其他
激光器发出的激光作光泵激励，替代了以往用氪灯或氙灯泵浦激光晶体，
3、习题分析
第一章：
2、热平衡时，原子能级E2的数密度为n2，下能级E1的数密度为n1，设 g1= g2 ，求：(1)当原子跃迁时相应频率为 ＝3000MHz，T＝300K时 n2/n1为多少。(2)若原子跃迁时发光波长 ＝1m，n2/n1＝0.1时，则温 度T为多高？ 由热平衡时的玻尔兹曼定律：
n1
1.38 1023 1106 T
3、习题分析
第一章：
4、普通光源发射 ＝0.6000m波长时，如受激辐射与自发辐射光功率体密度 之比 ，q激/q自 = 1/2000
（1）求此时单色能量密度 为多少？
（2）在He—Ne激光器中若 ， 波长为0.6328m， 5.0 104 J s / m3
2、知识重点回顾
第一章 7、受激辐射所发出的光子与外来光子的特性完全相同：频率 相同、相位相同、偏振方向相同、传播方向相同。 8、爱因斯坦系数之间的基本关系。 9、均匀增宽（碰撞增宽、自然增宽）的线型函数为洛伦兹线 型函数；非均匀增宽（多普勒增宽）的线型函数为高斯线型函 数。 10、产生激光的三个必要条件：增益介质、外界激励源、光学 谐振腔。 11、光学谐振腔的作用： （1）延长增益介质（2）控制光束的传播方向（3）选择激光 振荡频率。
2、知识重点回顾
第四章 1、纵模竞争：通过增益饱和效应，使某个纵模逐渐把别的 纵模振荡抑制下去，最后只剩下该纵模振荡的现象。 2、纵模的选取方法： 短腔法；F-P标准具法；三反射镜法。 3、横模的选取方法： 光阑法、聚焦光阑法、腔内望远镜法。 4、激光频率的稳定性包括两个方面：一是频率稳定度；二 是频率复现度。根据实际需要和现实技术水平，一般希望稳 定度和复现度都能在10-8以上。 5、主动稳频的方法：兰姆凹陷法、饱和吸收法。 6、激光束的透镜变换和普通光束透镜变换的异同。 7、激光调Q技术
激光器的泵补方式有哪些？固体、气体、染料、半导体激 光器为什么采取各自不同的泵浦方式？
• 激励方式有电注入、电子束激励和光泵浦三种形 式。
• 固体激光工作物质是绝缘晶体，一般都采用光泵浦激励。目前的泵浦光源 多为工作于弧光放电状态的惰性气体放电灯。
• 气体激光器则主要通过高压放电进行泵浦，此方法易于操作且效果甚好。 • 染料分子的光辐射特殊性及其三重态“陷阱”，故采用激光脉冲泵浦或闪