激光原理总复习(太原理工大学).ppt

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总复习,考试范围：

一、二、三、四、五、六,考试题型：

填空题（选择题）、简答题（名词解释），问答题、计算题,考试时间：

2017.6.30星期五14:

30-16:

30,考试地点：

光信1401：

行知A107,光信1402：

行知A107,光信1403：

行知A105,应物1401：

行知A103,应物1402：

行知A103,引言,1.典型激光器的分类2.一般激光器由那几部分构成（形成激光的三个条件：

）2.激光的特性：

第一章激光的基本原理,1.光子的基本性质,2.光波模式与光子状态、相格体积与相干体积的关系,3.光子简并度的含义,一、相干性的光子描述,重点：

光与物质的三种相互作用，光的受激辐射的放大，光的自激振荡,3、受激辐射的相干性受激辐射与自发辐射的区别,1.激光器的基本思想主要包含的两个重要部分。

三、光的受激辐射放大,2.A21、B21、B12的相互关系,1.光（辐射场）和物质原子相互作用的三种过程：

自发辐射、受激吸收、受激辐射的概念,二、光的受激辐射基本概念,2.实现光放大的条件集居数反转,四、光的自激振荡,1.光的自激振荡概念2.光谐振腔的作用（两点）3.激光器的振荡条件或,五、激光的特性激光的四性,小信号情况下,3.增益系数的定义,第二章开放式光腔与高斯光束,重点：

1.开腔模式的一些物理概念2.对称共焦腔的模式问题3.高斯光束的基本性质和特征参数。

前言：

1.光谐振腔的作用2.根据几何偏折损耗的高低，开放式光腔可以分为那几类？

分为稳定腔、临界腔和非稳腔,一、光腔理论的一般问题,1.光腔的构成和分类,光学谐振腔的概念,2.模式概念及腔和模之间的一般关系,1）开腔中模式的表征一个模式同时属于一个横模和一个纵模。

模式表示方法：

TEMmnq,2）计算纵模频率和纵模间隔,3.光腔的损耗,1）分类,2）描述,平均单程损耗因子，光子在腔内的平均寿命，无源腔的Q值,二、共轴球面腔的稳定性条件,1.腔内光线往返传播的矩阵表示,傍轴光线的坐标描述和矩阵描述,自由空间的平移矩阵,球面镜的反射矩阵Tr,对于薄透镜有类似的关系,光传输中，r,可能发生变化，而变化后的r,可用一个ABCD传输矩阵与初始光线的矩阵相乘得到。

2、共轴球面腔的稳定性条件,稳定腔,非稳定腔,临界腔,2）对于共轴球面腔,三、开腔模式的物理概念和衍射理论分析方法,1.自再现模定义,1）球面腔的稳定性条件,2.复常数的物理意义,五、方形镜共焦腔的自再现模,1.对称共焦腔的定义：

满足条件R1=R2=L的谐振腔,2.镜面上场的振幅和位相分布厄米高斯近似,1）基模:

TEM00，高斯型,光斑半径,2）高阶横模,m、n的意义?

3）单程损耗,基模高斯光束腰斑半径：

3、等相位面的分布,光斑半径随z按照双曲线规律变化。

2、光斑尺寸,1、方形镜对称共焦腔的行波场厄米-高斯光束,六、方形镜共焦腔的自再现模,七、圆形镜共焦腔,1.圆形镜共焦腔模式的积分方程有严格的解析解超椭球函数！

2、当时，可用拉盖尔高斯近似,1）模的振幅分布,基模,高斯型,高阶模,m、n的意义?

3、圆形镜对称共焦腔的行波场拉盖尔-高斯光束,八、一般稳定球面镜腔的模式特征,将共焦腔的模式理论推广到一般稳定球面镜腔,稳定球面腔与共焦腔的两个等价性。

九、高斯光束的基本性质和特征参数,1.基模高斯光束,等相面曲率半径,光斑尺寸,共焦参数,光腰半径,2.基模高斯光束的特征参数,1）用（或f）及束腰位置表征,2）用及表征,3）高斯光束的q参数,十、高斯光束q参数的变换规律,ABCD公式,自由空间,薄透镜（透镜焦距为F）,十一、高斯光束的聚焦和准直,高斯光束的聚焦,高斯光束的准直改善方向性，压缩发散角,第三章电磁场和物质的共振相互作用,一、谱线加宽和线型函数,1.谱线加宽的定义,2.线性函数定义、性质，最大值，谱线宽度,3.引起谱线加宽的物理机制,均匀加宽、非均匀加宽、综合加宽,重点：

1.谱线加宽，线性函数2.典型激光振荡速率方程3.均匀加宽、非均匀加宽工作物质的增益系数,c.总的均匀加宽线型函数洛仑兹函数,3）综合加宽各种工作物质的加宽类型。

c.多普勒加宽线型函数高斯函数,1）均匀加宽a.定义，b.分类:

自然加宽、碰撞加宽、晶格振动加宽,2）非均匀加宽a.定义，b.分类:

多普勒加宽、晶格缺陷加宽,1、单模振荡速率方程组,三能级系统、四能级系统的能级图，速率方程，过程简介,三、均匀加宽工作物质的增益系数,1、反转集居数饱和,二、典型激光器的速率方程,2、饱和光强的物理意义,3、增益饱和,1）增益饱和现象,2）增益系数公式,四、非均匀加宽工作物质的增益系数,4）强光作用下增益曲线,2）增益系数公式,3）反转集居数“烧孔效应”,4）强光作用下增益曲线,第四章激光振荡特性,0.激光器分类（工作方式按泵浦方式分类）,连续激光器，脉冲激光器,一、激光器的振荡阈值,1.激光器自激振荡的阈值条件,或,2.阈值泵浦功率（能量）,四能级系统激光器阈值能量低于三能级系统,重点：

激光器的振荡阈值，振荡模式，弛豫振荡,二、激光器的振荡模式,1.均匀激光器中的模竞争增益曲线的均匀饱和导致单纵模输出2.空间烧孔效应导致多纵模输出3.非均匀加宽激光器为多纵模输出,三、输出光功率与能量,3.兰姆凹陷的定义，成因,1.激光器稳态工作的建立,2.均匀加宽激光器输出功率与哪些因素有关。

四、激光器的弛豫振荡,1.弛豫振荡的定义,2.弛豫振荡的定性解释,五、单模激光器的线宽极限,单模激光器线宽极限的物理原因:

自发辐射,第五章激光放大特性,一、激光放大器的分类,按时间特性分类,按工作方式分类:

按功能分类:

光激励方式:

三、纵向激励：

掺铒光纤放大器，增益特性,二、均匀激励连续激光放大器，增益特性,五、放大的自发辐射,放大的自发辐射是介于激光与荧光之间的过渡状态。

四、脉冲放大器增益特性,第六章激光器特性的控制与改善,1.改善激光器输出光的时间相干性或空间相干性,模式选择，稳频，注入锁定,2.获得窄脉冲高峰值功率的激光束,Q调制，增益开关，锁模,一、模式选择,1.选模意义：

基横模，单纵模,2.横模选择,重点：

Q调制，锁模,2）横模选择原则,尽量加大高阶模和基模之间的衍射损耗差,3.纵模选择,扩大相邻纵模的增益差或人为引入损耗差,二、频率稳定,1稳频基本原理：

稳定谐振腔光学长度,2稳频方法兰姆凹陷，饱和吸收，无源腔稳频,不同的横模有不同的衍射损耗,1）横模选择的物理基础：

三、Q调制,1、Q调制的激光器工作原理,2、调Q方法,转镜调Q，声光调Q，电光调Q，染料调Q,四锁模,1、锁模的基本原理,使各纵模相邻频率间隔相等，固定，相邻位相差为常量。

2、锁模脉冲特性,

（1）激光器的输出的周期：

=2L/c,

（2）脉冲的宽度：

（3）输出脉冲的峰值功率正比于,TheEnd,