激光原理与技术

第一章 激光的基本原理及其特性

激光技术是二十世纪六十年代初发展起来的一门新兴学科。激光的问世引起了现代光学技术的巨大变革。激光在现代工业、农业、医学、通讯、国防、科学研究等各方面的应用迅速扩展，之所以在短期间获得如此大的发展是和它本身的特点分不开的。

激光与普通光源相比较有三个主要特点，即方向性好，相干性好和亮度高，其原因在于激光主要是光的受激辐射，而普通光源主要是光的自发辐射。研究激光原理就是要研究光的受激辐射是如何在激光器内产生并占据主导地位而抑制自发辐射的。本章首先从光的辐射原理讲起，讨论与激光的发明和激光技术的发展有关的各方面物理基础和产生激光的条件。

光的辐射既是一种电磁波又是一种粒子流，激光是在人们认识到光有这两种相互对立而又相互联系的性质后才发明的。因此本章从介绍光的波粒二象性开始研究原子的辐射跃迁。激光的产生又是光与物质的相互作用的结果，对光的平衡热辐射和光与物质的相互作用 (光的自发辐射、受激辐射、受激吸收) 的研究是发明激光的物理基础。光谱线的宽度，线型函数是影响激光器性能的重要因素，提高激光的单色性是激光技术的发展的一个重要方向。阐明上述这些基础后，本章最后一节讨论激光产生的条件。

1. 1 激光的特性

光的一个基本性

《激光原理与技术》习题一

班级 序号 姓名 等级

一、选择题

1、波数也常用作能量的单位，波数与能量之间的换算关系为1cm-1 = eV。 （A）1.24×10-7 (B) 1.24×10-6 (C) 1.24×10-5 (D) 1.24×10-4

2、若掺Er光纤激光器的中心波长为波长为1.530μm，则产生该波长的两能级之间的能量间隔约为 cm-1。

（A）6000 (B) 6500 (C) 7000 (D) 10000

3、波长为λ=632.8nm的He-Ne激光器，谱线线宽为Δν=1.7×109Hz。谐振腔长度为50cm。假设该腔被半径为2a=3mm的圆柱面所封闭。则激光线宽内的模式数为 个。 （A）6 (B) 100 (C) 10000 (D) 1.2×109

4、属于同一状态的光子或同一模式的光波是 . (A) 相干的 (B) 部分相干的 (C

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：0?J1J2?1，其中J??1???L??。满足0?J1J2?1条件的R?腔称为稳定腔；满足J1J2?1或J1J2?0条件的腔称为非稳腔，如双凸腔，平—凸腔；满足J1J2?0或J1J2?1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??q?c2?L。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，??F越大

《激光原理与技术》习题一

班级 序号 姓名 等级

一、选择题

1、波数也常用作能量的单位，波数与能量之间的换算关系为1cm-1 = eV。 （A）1.24×10-7 (B) 1.24×10-6 (C) 1.24×10-5 (D) 1.24×10-4

2、若掺Er光纤激光器的中心波长为波长为1.530μm，则产生该波长的两能级之间的能量间隔约为 cm-1。

（A）6000 (B) 6500 (C) 7000 (D) 10000

3、波长为λ=632.8nm的He-Ne激光器，谱线线宽为Δν=1.7×109Hz。谐振腔长度为50cm。假设该腔被半径为2a=3mm的圆柱面所封闭。则激光线宽内的模式数为 个。 （A）6 (B) 100 (C) 10000 (D) 1.2×109

4、属于同一状态的光子或同一模式的光波是 . (A) 相干的 (B) 部分相干的 (C

《激光原理与技术实验指导书》

实 验 报 告

广东技术师范学院电子与信息学院

目录

仪器要求与安全保护 ........................................................... 2

实验一、LD泵浦ND:YVO4固体激光器的基本概念与主要参数测量 .......................... 3

实验二、LD泵浦ND:YVO4固体激光器光斑尺寸的测量 .............................. 12

实验三、LD泵浦ND:YVO4固体激光器远场发散角的测量 ............................ 16

实验四、声光调Q技术

实验五、HE－NE激光器谐振腔调节 ............................................. 28

实验六、HE-NE激光器的模式分析 .............................................. 31

1

仪器要求与安全保护

1、仪器安装在干燥、无灰尘、通风良好、远离热源和强（电）磁场的地方。 2、工作温度： 10～15oC 3、相对湿度： ＜7

激光原理与技术期末总复习 第1章

1.激光产生的必要条件(粒子数反转分布)

2.激光产生的充分条件(在增益介质的有效长度内光强可以从微小信号增长到饱和光强) 3.饱和光强

定义:使激光上能级粒子数减小为小信号值的1/2时的光强为饱和光强 2

S2

u1uu1u4.谱线加宽的分类:

均匀加宽和非均匀加宽 1112??H?(Aui?A1j?u?1?) 2?i?1?1?2j 2(ln2)kT1/2T?7???2?[]?(7.16?10)?D00 MNMc2

两种加宽的本质区别？ 5激光器泵谱技术的分类: 直接泵谱

缺点：首先从基态E1到激光上能级E3往往缺乏有效途径，即B13（对光泵浦）或σ13（对粒子泵浦）太小，难以产生足够的增益；其次即使存在E1?E3的有效途径，但同一过程可能存在由E1到激光下能级E2的有效途径，结果是W12/W13太大难以形成粒子反转分布。这些缺点是直接泵浦方式对很多激光器来说是不适用的。 间接泵谱:分为自上而下、自下而上和横向转移三中方式)

间接泵谱的优点：首先，中间能级具有远大于激光上能级的寿命，且可以是很多能级形成的能带，因

激光与全息技术的由来及原理讲解

激光与全息技术的由来及原理

物质由分子组成，分子由原子组成。实际上原子并不是组成物质的最小粒子，它是由原子核和围绕核旋转的一群电子组成的一个微观系统。旋转的轨道是一组空间的同心园。同心园数量有限，除允许的轨道外，其它轨道不允许电子存在。原子具有内能，内能的大小不能连续变化，是一步一步分开的。这种分开的能量叫能级。电子所处状态决定能级的高低。通常情况下，电子总是所处在内层轨道上，这种状态叫基态或稳态。在整个原子系统中总是绝大多

物质由分子组成，分子由原子组成。实际上原子并不是组成物质的最小粒子，它是由原子核和围绕核旋转的一群电子组成的一个微观系统。旋转的轨道是一组空间的同心园。同心园数量有限，除允许的轨道外，其它轨道不允许电子存在。

原子具有内能，内能的大小不能连续变化，是一步一步分开的。这种分开的能量叫能级。电子所处状态决定能级的高低。通常情况下，电子总是所处在内层轨道上，这种状态叫基态或稳态。在整个原子系统中总是绝大多数电子组处于基态。在没有外力作用下，内层的电子不会跑到外层上去。也就是说，低能级上的电子不会自动地跑到高能级上去。

当基态的电子被外部用适当的方式给予一定能量，如光照、电子碰撞、化学作用或加热等，就会激发

.. … … … … … … … …号…学… … … … … 线. . …名…姓… … … … …. . … …级…班… … … 封 … … … … …业…专… … … … … … … … … 密. ）…部…、…系…（…院…… … … … 卷….试…学…大…江…长 …2011 ─2012学年 第 2 学期

《 激光原理与技术 》课程考试试卷( A卷)

专业：应物 年级2009级 考试方式：闭卷 学分4.5 考试时间：110 分钟

题号 一 二 三 四 总分 阅卷人 得分 相关常数：光速：c=3×108m/s, 普朗克常数h=6.63×10-34Js, 101/5=1.585

得分

一、选择题 (每小题 3 分，共 30 分)

1. 掺铒光纤激光器中的发光粒子的激光上能级寿命为10ms，则其自发辐射几率为 。

（A）100s-1 (B) 10s-1 (C) 0.1s-1 (D) 10ms

2. 现有一平凹腔R1→∞，R2=5m，L=1m。它在稳区图中的位置是

学院 姓名 学号 任课老师 考场教室__________选课号/座位号

………密………封………线………以………内………答………题………无………效……

电子科技大学2012-2013学年第1学期 重新学习 考试

课程名称：_激光原理与技术_ 考试形式： 考试日期： 2013年1月 14日 考试时长：120分钟 本试卷试题由_____部分构成，共_____页。

题号 得分 得 分 一、选择题（共20分，共 10题，每题2 分）

1. 下列哪个实验不能反映光的量子性： 。 A. 黑体辐射 B. 光电效应 C. 牛顿环 D. 普朗克散射 2. 关于激光振荡，下列哪种说法是正确的： 。 A. 集居数反转是激光振荡的充分条件； B. 只有驻波腔才能产生激光振荡； C. 集居数反转是激光振荡的必要条件； D. 激光振荡阈值与谐振腔损耗无关。

3. 与普通光源相比，下列哪一个不是激光的特性： 。

A. 相干性好 B. 光子简并度高 C. 同一模式内光子数

学院 姓名 学号 任课老师 考场教室__________选课号/座位号

………密………封………线………以………内………答………题………无………效……

电子科技大学2012-2013学年第1学期 重新学习 考试

课程名称：_激光原理与技术_ 考试形式： 考试日期： 2013年1月 14日 考试时长：120分钟 本试卷试题由_____部分构成，共_____页。

题号 得分 得 分 一、选择题（共20分，共 10题，每题2 分）

1. 下列哪个实验不能反映光的量子性： 。 A. 黑体辐射 B. 光电效应 C. 牛顿环 D. 普朗克散射 2. 关于激光振荡，下列哪种说法是正确的： 。 A. 集居数反转是激光振荡的充分条件； B. 只有驻波腔才能产生激光振荡； C. 集居数反转是激光振荡的必要条件； D. 激光振荡阈值与谐振腔损耗无关。

3. 与普通光源相比，下列哪一个不是激光的特性： 。

A. 相干性好 B. 光子简并度高 C. 同一模式内光子数