激光复习重点
1、LASER 英文名称的含义是什么？激光是何时发明的？
Light Amplificationby Stimulated Emission of Radiation 。1960年红宝石激光器。雷曼。
2、激光的基本特性有哪些？各有何应用
单色性、相干性、方向性、高亮度。应用：单色性：。。。相干性：。。。方向性：。。。高亮度：。。。
3、激光器主要由哪些部分组成？各部分的作用是什么？
工作物质：具有适当的能级结构，可产生受激辐射光放大。
激励能源：供给能量，使粒子数反转，达到产生激光所需的阈值条件。
谐振腔：产生与维持光振荡，选方向，选频率。
4、描述能级的光学跃迁的三大过程，并写出它们的特征和跃迁几率。
（1）自发跃迁（辐射）：处于高能级的原子在没有任何外界作用的情况下，自发地向低能级跃迁，并发射光子的过程称为自发辐射跃迁，发出的光辐射称为自发辐射。
特征：A21只与原子本身性质有关；自发辐射光不相干
跃迁几率：
2211s A τ=平均寿命
（2）受激吸收：处于低能级E1的原子在频率为 的辐射场作用下，吸收一个能量为h 的光子并向E2能级跃迁的过程称为受激吸收跃迁。
特征：W12与辐射场频率有关；W12与B12有关；W12与ρν有关
跃迁几率：
（3）受激辐射：处于能级E2的原子在频率为 的辐射场作用下，向E1能级跃迁并发射与外来光子能量相同的光子的过程称为受激辐射跃迁。
特征：是在外界辐射场控制下的发光过程，受激辐射光子与入射光子属于同一光子态；受激辐射场与入射辐射场属于同一模式。在同一入射场的作用下，大量原子产生的受激辐射光属于同一光波模，是相干光。
跃迁几率： 5、Einstein 系数有哪些？他们之间的关系是什么？
A21、B12、B21
f1=f2
6、什么是热平衡时能级粒子数的分布？
21212
d 1d st n W t n ??=? ???νρ?=21B
7、产生激光的必要条件是什么？实现粒子数的反转。
8、什么是粒子数反转？如何实现粒子数反转？
要产生受激辐射的光放大，必须使相同时间内的受激辐射光子数大于受激吸收的光子数。
实现：向物质提供能量，即进行泵浦(或激励)，打破热平衡、
9、如何定义激光增益？什么是小信号增益？什么是增益饱和？
激光增益：光通过单位长度的激活物质后增加的光强与原光强的比值(或光强增长的百分比)。
小信号增益：若n2-n1不随z变化，则增益常数g为常数g0公式上方
增益饱和：集居数反转n2(z)-n1(z)随z的增加而减小从而导致增益系数g也随z而减小的现
象。集居数反转饱和增益系数的饱和
10、如何计算纵模的频率、纵模间隔和纵模的数目?
q阶纵模频率间隔纵模数ΔVf/ΔVq+1 11、在激光谐振腔中有哪些损耗因素？
（1）选择损耗（有选模作用）：几何偏折损耗；衍射损耗；
（2）非选择损耗（无选模作用）：）腔镜反射不完全引入损耗；材料吸收、散射，腔内插入物所引起的损耗等。
12、矩阵光学
（1）自由空间区的光线矩阵
（2）空气与介质(折射率为n2)的界面
（3）薄透镜传输矩阵（4）球面镜反射矩阵
（5）ABCD矩阵的应用－球面镜腔
光线经n次往返参数变换为：
13、激光谐振腔的稳定性条件
（1）稳定临界非稳
（2）：稳定；=1或=0：临界；>1or<0非稳14、基模高斯光束的主要参量
（1）镜面上的光斑尺寸：
（2）基膜腰斑半径（束腰）：
（3）任意位置光斑大小：（4）曲率半径：
（5）沿z轴传播的基膜高斯光束表达式：
（6）共焦参数：（7）模体积：
（8）光束远场发散角：
15、一般稳定球面腔与共焦腔的等价性：任何一个共焦腔可以与无穷多个稳定球面镜腔等价，而任何一个稳定球面镜腔只能有一个等价共焦腔。
（1）证明：任何一个共焦腔与无穷多个稳定球面腔等价：
的情况：
0，0考虑21> 证明R1R2满足 则是稳定球面腔 （2）证明：任意一个稳定球面腔只有一个等价的共焦腔： 16、腔的菲涅耳数： N 越大，单程损耗越小。 17、高斯光束的表征方法：（1）用 W0(或 f )及束腰位 置表征 （2）用 W （z ）及R （z ） 表征（3）q 参数：q 参数表示则将描述高斯光束的两个参数w (z)和R (z)统 一在一个表达式中, 便于研究高斯光束通过光学系统的传输 规律。 z=0： q 0= if f = π w 02/λA 处：q A = q 0+ l B 处： 1/q B = 1/q A - 1/F C 处：q c = q B + l c 18、谱线加宽：发光粒子或光源由于各种物理因素造成光谱曲 线I(v)(强频函数)的线宽加大。类型：（1）均匀加宽：若引起加宽的物理因素对每个原子都是等同的，则这种加宽称为均匀加宽1）自然加宽：自发向低能态跃迁2）碰撞加宽：原子之间无规则碰撞3）晶格振动加宽：晶格原子的热振动，镶嵌在晶体里的激活粒子处在随时间变化的晶格场中，导致其能及位置变化。（2）非均匀加宽：1）多普勒加宽（气体）2） 晶格缺陷（固体）（3）综合加宽：1）气体：碰撞（气压高）+多普勒（气压低）2）固体：晶格振动+晶格缺陷3）液体：碰撞。 碰撞加宽： L p να ?=多普勒加宽： 19、自然加宽： 20、线型函数：谱线宽度：1/2g处V差 21、三能级跃迁：红宝石激光器 22、四能级跃迁：Nd:YAG, He-Ne激光器 23、增益饱和机制： （1）均匀加宽：每个粒子对谱线不同频率处的增益都有贡献，结果增益在整个谱线上均匀的下降。由于是在均匀加宽激光器中，当一个模振荡后，就会使其他模的增益降低，因而组织领导其他模的振荡。 （2） 24、饱和光强：当入射光强度Iv1可以喝Is（v1）比拟时，受激辐射造成的上能级集居数衰减率才可以与其他弛豫过程（自发辐射及无辐射跃迁）相比拟。因此当Iv1《Is（v1）时，Δn与光强无关。当两者可以相比拟时，Δn随Iv1增加而减少，Δn减少到小信号情况下的[1+Iv1/Is(v1)]-1倍。当Iv1=Is（v1）时，Δn=1/2Δn0，即反转集居数密度减少了一半。 25、小信号增益：对于光纤放大器来说，在给定信号波长和给定泵浦光功率下，当放大器工作在线性状态时的增益，在该线性工作状态，此增益与输入信号的光功率完全无关。 大信号增益：？ 28、烧孔效应： 若弱光的频率处于烧孔范围内，则弱光增益系数 小于小信号的增益系数；否则，不受影响。于是在增益曲线上产生一个凹陷，称为。 增益曲线的烧孔效应 29、在均匀加宽和非均匀加宽激光器中模式竞争有什么不同： 均匀加宽：在均匀加宽的激光器中，开始时几个满足阈值条件的纵模在振荡过程中相互竞争，结果总是靠近中心频率的一个纵模获胜，形成稳定的振荡，其他的纵模都被抑制而熄灭。这种情况叫模式竞争。 非均匀加宽：当Vp=V0时，Vq+1以及Vq-1模形成的两个烧孔重合，也就是说他们公用同一种表现中心频率的激活粒子，因而存在模竞争，此时两个模的输出功率会有无规则欺负。当相邻模形成的烧孔重叠时，相邻纵模因共用一部分激活粒子而相互竞争。 30、泵浦效率的提高: 采用半导体激光器泵浦；四能级系统激光器阈值低于三能级系统 31、激光器分类：工作方式－按泵浦方式分类（1）连续激光器－稳定工作状态(稳态)：在泵浦时间内,各能级粒子数及腔内光子数密度达到稳定状态（2）脉冲激光器－非稳定工作状态(非稳态)：泵浦持续时间短, 各能级粒子数及腔内光子数密度处于剧烈的变化之中。短脉冲激光器(t 0 典型激光器：红宝石激光器：693.4nm ；短脉冲激光器；Nd:YAG ：1064nm ；高功率脉冲；CO2激光器：16000nm ；连续脉冲两种；He-Ne 激光器：632.8nm ；连续输出； 32、激光器的驰豫振荡现象：将普通脉冲固体激光器输出的脉冲，用示波器进行观察、记录，发现其波形并非一个平滑的光脉冲，而是由许多振幅、脉宽和间隔作随机变化的尖峰脉冲组成的。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。 33、谐振腔的品质因数Q 调Q 基本原理： 通常的激光器谐振腔的损耗是不变的，一旦光泵浦使反转粒子数达到或略超过阈值时，激光器便开始振荡，于是激光上能级的粒子数因受激辐射而减少，致使上能级不能积累很多的反转粒子数，只能被限制在阈值反转数附近。这是普通激光器峰值功率不能提高的原因。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，当反转粒子数积累到最大时，再突然把阈值调到很低，此时，积累在上能级的大量粒子便雪崩式的跃迁到低能级，于是在极短的时间内将能量释放出来，就获得峰值功率极高的巨脉冲激光输出。 泵浦时令腔损耗很大(Q 很小),突然减小损耗(增大Q),使积蓄的反转粒子数在短时间内完成受激辐射,形成光脉冲。 调Q 技术：1.工作物质储能调Q2.谐振腔储能调Q （机械转镜调Q 、电光调Q 技术，声光调Q 技术，染料调Q 技术等。） 34、横模选择原理：不同横模有不同的衍射损耗 方法：谐振腔设计；小孔光阑；非稳腔；微调谐振腔 纵模选择意义：为了获得好的单色性和相干性的激光束，要求激光以单频振荡 原则：扩大相邻纵模的增益差或人为引入损耗差 方法：色散腔法 短腔法 法布里－－－－珀罗标准具