激光原理与技术15

激光原理复习题----填空简答论述1.什么是光波模式？答：光波模式:在一个有边界条件限制的空间内，只能存在一系列独立的具有特定波矢的平面单色驻波。

这种能够存在于腔内的驻波（以某一波矢为标志）称为光波模式。

2.如何理解光的相干性？何谓相干时间、相干长度？答：光的相干性:在不同的空间点上、在不同的时刻的光波场的某些特性的相关性。

相干时间：光沿传播方向通过相干长度所需的时间，称为相干时间。

相干长度：相干光能产生干涉效应的最大光程差，等于光源发出的光波的波列长度。

3.何谓光子简并度，有几种相同的含义？激光源的光子简并度与它的相干性什么联系？答：光子简并度：处于同一光子态的光子数称为光子简并度。

光子简并度有以下几种相同含义：同态光子数、同一模式内的光子数、处于相干体积内的光子数、处于同一相格内的光子数。

联系：激光源的光子简并度决定着激光的相干性，光子简并度越高，激光源的相干性越好。

4.什么是黑体辐射？写出公式,并说明它的物理意义。

答：黑体辐射：当黑体处于某一温度的热平衡情况下，它所吸收的辐射能量应等于发出的辐射能量，即黑体与辐射场之间应处于能量（热）平衡状态，这种平衡必然导致空腔内存在完全确定的辐射场，这种辐射场称为黑体辐射或平衡辐射。

物理意义：在单位体积内，频率处于附近的单位频率间隔中黑体的电磁辐射能量。

.5.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。

Page10答：(1)自发辐射：处于高能级的一个原子自发的向跃迁，并发射一个能量为的光子，这种过程称为自发跃迁，由原子自发跃迁发出的光波称为自发辐射。

特征：a) 自发辐射是一种只与原子本身性质有关而与辐射场无关的自发过程,无需外来光。

b) 每个发生辐射的原子都可看作是一个独立的发射单元，原子之间毫无联系而且各个原子开始发光的时间参差不一，所以各列光波频率虽然相同，均为，各列光波之间没有固定的相位关系，各有不同的偏振方向，而且各个原子所发的光将向空间各个方向传播，即大量原子的自发辐射过程是杂乱无章的随机过程，所以自发辐射的光是非相干光。

激光的特性：方向性好、单色好、相干性好、亮度高。

由于谐振腔对光振荡方向的限制，激光只有沿腔轴方向受激辐射才能振荡放大，所以激光具有很高的方向性。

半导体激光器的方向性最差。

衍射极限θm≈1.22λD(λ为波长，D为光束直径)；激光是由原子受激辐射而产生，因而谱线极窄，所以单色性极好。

单模稳频气体激光器的单色性最好，半导体激光器的单色性最差；激光是通过受激辐射过程形成的，其中每个光子的运动状态（频率、相位、偏振态、传播方向）都相同，因而是最好的相干光源。

激光是一种相干光这是激光与普通光源最重要的区别；激光的高方向性、单色性等特点，决定了它具有极高的单色定向亮度。

相干性包括时间相干和空间相干，有时用相干长度L C=C∆V 来表示相干时间。

自发辐射：处于高能级E2的原子自发地向低能级跃迁，并发射出一个能量为hv=E2−E1的光子，这个过程称为自发跃迁。

自发辐射跃迁概率（自发跃迁爱因斯坦系数）A21=（dn21dt ）sp1n2=−1n2dn2dt（n2为E2能级总粒子数密度；dn21为dt时间内自发辐射跃迁粒子数密度）；受激辐射：在频率为v=(E2−E1)/h的光照激励下，或在能量为hv=E2−E1的光子诱发下，处于高能级E2上的原子可能跃迁到低能级E1，同时辐射出一个与诱发光子的状态完全相同的光子，这个过程称为受激辐射跃迁W21=（dn21dt ）st1n2=−1n2dn2dt。

受激辐射跃迁与自发辐射跃迁的区别在于，它是在辐射场（光场）的激励下产生的，因此，其月前概率不仅与原子本身的性质有关，还与外来光场的单色能量密度ρv成正比，W21=B21ρv，B21称为爱因斯坦系数；受激吸收：处于低能级E1的原子，在频率为v的光场作用（照射）下，吸收一个能量为h v21的光子后跃迁到高能级E2的过程称为受激吸收跃迁，受激吸收恰好是受激辐射的反过程。

受激吸收跃迁概率W12=（dn12dt ）st1n1=1n1dn2dt，与上个概念类似，W12=B12ρv，B12称为爱因斯坦系数。

激光原理与技术_电子科技大学中国大学mooc课后章节答案期末考试题库2023年1.在锁模激光器中，被锁定的模式数量越多，脉冲周期越短。

参考答案:错误2.对于对称共焦腔，其傍轴光线在腔内往返传输次即可自行闭合，其自再现模式为高斯光束。

参考答案:2##%_YZPRLFH_%##二##%_YZPRLFH_%##两3.谐振腔损耗越大，品质因子越高。

参考答案:错误4.有激光输出时，激活介质不是处于热平衡条件。

参考答案:正确5.在主动锁模激光器中，调制器应该放到谐振腔的一端。

参考答案:正确6.为得到高转化效率的光学倍频，要实现匹配，使得基频波和倍频波的折射率要相等，在他们相互作用过程中，两个基频光子湮灭，产生一个倍频光子。

参考答案:相位7.尽量增加泵浦功率有利于获得单模激光输出。

参考答案:错误8.在调Q激光器中，随着Dni/Dnt的增大，峰值光子数增加，脉冲宽度。

参考答案:变窄##%_YZPRLFH_%##变小##%_YZPRLFH_%##减小9.关于基模高斯光束的特点，下面描述不正确的是。

参考答案:基模高斯光束在激光腔内往返传播时没有衍射损耗10.KDP晶体沿z轴加电场时，折射率椭球的主轴绕z轴旋转了度角。

参考答案:45##%_YZPRLFH_%##四十五11.稳定谐振腔是指。

参考答案:谐振腔对旁轴光线的几何偏折损耗为零12.形成激光振荡的充分条件是。

参考答案:光学正反馈条件和增益阈值条件13.关于谐振腔的自再现模式，下面那个说法是正确的？参考答案:自再现模式与谐振腔的稳定性有关14.三能级激光器的激光下能级是基态，需至少将原子总数的通过泵浦过程转移到激光上能级，才能实现受激辐射光放大。

参考答案:一半##%_YZPRLFH_%##1/2##%_YZPRLFH_%##50%##%_YZPRLFH_%##二分之一##%_YZPRLFH_%##百分之五十15.谱线加宽是指的光谱展宽。

参考答案:自发辐射16.关于自发辐射和受激辐射说法正确的是。

激光原理与技术
激光，全称为“光电子激射”，是一种具有高度相干性、高能量密度和直线传播特性的光。

激光技术作为一种重要的现代科技应用，已经在医疗、通信、制造、军事等领域得到广泛应用。

本文将从激光的原理和技术两个方面来进行介绍。

激光的原理主要基于激光器的工作原理，激光器是产生激光的装置。

常见的激光器有气体激光器、固体激光器、半导体激光器等。

激光器的工作原理是利用受激辐射将外界能量转化为光能，然后通过光放大器放大，最终形成激光。

其中，受激辐射是指原子或分子受到外界光的作用，从基态跃迁到激发态，然后在受到外界光的作用下，从激发态跃迁回基态并释放出光子。

这一过程是激光产生的基础。

激光技术主要包括激光加工、激光医学、激光通信等多个方面。

激光加工是指利用激光对材料进行切割、焊接、打孔等加工过程。

激光医学则是利用激光技术进行医疗治疗，如激光手术、激光美容等。

激光通信则是利用激光进行通信传输，具有传输速度快、信息容量大等优点。

除此之外，激光雷达、激光测距、激光制导等技术也在军事领域得到了广泛应用。

总的来说，激光技术作为一种重要的现代科技，已经在各个领域得到了广泛应用。

随着科技的不断进步，相信激光技术在未来会有更加广阔的发展空间，为人类社会带来更多的便利和进步。

ONE KEEP VIEW 激光原理与技术PPT精品文档目录CATALOGUE•激光基本原理•激光器类型及工作原理•激光技术应用领域•激光技术发展趋势与挑战•激光安全与防护知识普及•总结与展望PART01激光基本原理激光产生条件粒子数反转高能级粒子数大于低能级粒子数，是产生激光的必要条件。

增益大于损耗增益介质中的受激辐射放大作用要大于各种损耗，才能实现光放大。

光学谐振腔提供正反馈，使受激辐射光在腔内多次反射、放大，形成稳定振荡。

激光发射过程泵浦过程通过外部能量输入（如光、电、化学等），使增益介质中的粒子从低能级跃迁到高能级，实现粒子数反转。

受激辐射过程处于高能级的粒子在外部光子的作用下，跃迁到低能级并发出与入射光子完全相同的光子，实现光放大。

光学谐振腔内的振荡过程受激辐射产生的光子在腔内多次反射、放大，形成稳定的光场分布和振荡模式。

功率激光的功率决定了其能量大小和输出能力，高功率激光具有更强的穿透力和加工能力。

稳定性激光的稳定性决定了其长期运行的可靠性和稳定性，对于高精度、高稳定性的应用尤为重要。

光束质量激光的光束质量决定了其聚焦能力和传输效率，优质的光束质量可以提高激光加工的精度和效率。

波长激光的波长决定了其颜色和应用领域，不同波长的激光具有不同的特性和用途。

激光特性参数PART02激光器类型及工作原理工作原理通过激励源（泵浦源）将能量传递给工作物质，使其产生粒子数反转分布，然后在谐振腔内通过受激辐射产生激光。

特点具有体积小、重量轻、效率高、寿命长等优点，广泛应用于科研、工业、医疗等领域。

构成由工作物质、泵浦源和谐振腔三部分组成。

构成主要由放电管、反射镜和电源三部分组成。

工作原理在放电管中充入一定种类和压强的气体，通过高压放电激励气体分子或原子，使其产生受激辐射并放大，形成激光输出。

特点具有光束质量好、输出功率大、效率高、结构简单等优点，常用于高精度测量、光谱分析等领域。

构成主要由染料溶液、泵浦源和光学谐振腔三部分组成。

激光原理与技术课件课件激光原理与技术课件一、引言激光作为一种独特的人造光，自20世纪60年代问世以来，已经在众多领域取得了举世瞩目的成果。

激光原理与技术已经成为现代科学技术的重要组成部分，并在光学、通信、医疗、工业加工等领域发挥着重要作用。

本课件旨在阐述激光的基本原理、特性以及应用技术，使读者对激光有更深入的了解。

二、激光的基本原理1.光的粒子性与波动性光既具有粒子性，也具有波动性。

在量子力学中，光被视为由一系列光子组成的粒子流，光子的能量与频率成正比。

而在波动光学中，光被视为一种电磁波，具有频率、波长、振幅等波动特性。

2.光的受激辐射受激辐射是指处于激发态的原子或分子在受到外来光子作用后，返回基态并释放出一个与外来光子具有相同频率、相位、传播方向和偏振状态的光子。

这个过程是激光产生的核心原理。

3.光的放大与谐振在激光器中，通过光学增益介质实现光的放大。

当光在增益介质中往返传播时，不断与激发态原子或分子发生受激辐射，使光子数不断增加。

同时，通过谐振腔的选择性反馈，使特定频率的光得到进一步放大，最终形成激光。

三、激光的特性1.单色性激光具有极高的单色性，即频率单一。

这是由于激光器中的谐振腔对光的频率具有高度选择性，只有满足特定频率的光才能在谐振腔内稳定传播。

2.相干性激光具有高度的相干性，即光波的相位关系保持稳定。

相干光在传播过程中能形成稳定的干涉图样，广泛应用于光学检测、全息成像等领域。

3.方向性激光具有极高的方向性，即光束的发散角很小。

这是由于激光器中的谐振腔对光的传播方向具有高度选择性，只有沿特定方向传播的光才能在谐振腔内稳定传播。

4.高亮度激光具有高亮度，即单位面积上的光功率较高。

这是由于激光的单色性、相干性和方向性使其在空间上高度集中，从而具有较高的亮度。

四、激光的应用技术1.光通信激光在光通信领域具有广泛应用，如光纤通信、自由空间光通信等。

激光的高单色性、相干性和方向性使其在传输过程中具有较低的信号衰减和干扰，从而实现高速、长距离的数据传输。

激光原理与技术激光原理与技术是一门研究激光的产生、传播和应用的学科，也是光学和物理学的重要分支之一。

激光的产生原理是基于受激辐射和光放大的过程。

激光技术在现代科学和技术领域中得到广泛应用，涵盖了通信、医疗、材料加工、测量和科学研究等多个领域。

激光的原理主要包括受激辐射、光放大和能级跃迁等过程。

受激辐射是指当一个原子或分子吸收一个光子的能量后，其能级跃迁激发到一个更高的能级，随后再次发射出一个与所吸收光子相同频率、相同相位和同一方向的光子。

这种过程导致光子数目的指数增加，形成了光的放大效应。

激光的放大过程一般是通过激光器来实现的。

激光器由激发源、增益介质和反射镜组成。

当激发源提供足够的能量激发增益介质时，增益介质中的原子或分子被激发到一个高能级，并在镜面之间来回传播，逐渐放大，形成激光束。

增益介质通过选择合适的物质和能级跃迁方式来实现各种类型的激光。

不同类型的激光器具有不同的特点和应用。

常见的激光器包括氦氖激光器、二氧化碳激光器、固体激光器等。

它们在波长范围、脉冲宽度、输出功率和单色性等方面有所差异，因此被广泛应用于各类领域。

激光技术在通信领域中具有重要应用。

激光作为一种高度聚焦的光束，可以在光纤中传输大量的信息。

光纤通信系统利用激光器产生激光束，并通过光纤将信息传输到目的地。

激光的窄束和低衰减使得信息传输速度更快、距离更远。

目前，光纤通信已经成为主要的通信方式之一，广泛应用于电话、互联网和电视等领域。

激光技术在医疗领域也发挥了重要作用。

激光器可以用于激光手术、激光治疗和激光诊断等多个方面。

激光手术利用激光的高能量和高度聚焦能力，对组织进行切割、烧蚀或照射，达到治疗病症的目的。

激光治疗通过激光的生物刺激效应，促进伤口愈合或减轻疼痛。

激光诊断则利用激光的光散射和吸收特性，来获取目标组织的信息。

激光技术在材料加工领域的应用也非常广泛。

激光加工可以通过激光的高能量密度和高精度控制，对材料进行切割、焊接、打孔和表面改性等操作。

第3章：激光纵模：每一个q值对应有正反两列沿相反方向传播的同频率光波两列光波的结果，将在腔内形成驻波。

谐振腔形成的每一列驻波称为一个纵模。

激光谐振腔的谐振频率主要决定于纵模序数Vmnq=qc/2μL.腔内两个相邻纵模频率之差为纵模的频率间隔：△Vq=Vq+1-Vq=c/2μL.激光纵模：激光的模式也常采用微波中标志模式的符号来标记，极为TEMmnq，其中TEMoo是基横模。

激光横模：在激光谐振腔存在的稳定的横向分布，就是自再现模，通常称为横模。

m、n的值正好分别等于光强在x，y方向上的节线（光强为0的线）数目，而且由Fm （X）和Fn（Y）函数的机制分布看出，m、内的值越大，光场也越向外扩展。

基横模行波输出在与光束前进方向的垂直平面上的强度呈高斯型分布，通常称为高斯光束。

高斯光束与普通光束有很大区别，它的传播方向性好很好，同时也会不断的发散，其发散的规律不同于球面波，在传播过程中她的波面曲率一直在变化，但是永远不会变成0，除光束中心外，高斯光束并不沿直线传播。

高斯光束的强度分布：在z处基膜的有效截面半径w （z）=根号下λL[1+(2z/L) ²]/2π。

在共焦腔中心（z=0）的截面内光斑有极小值束腰半径：Wo=Ws/根号2=根号下λL/π除以根号2；在共焦腔的焦平面上，束腰半径Wo最小。

该处称为高斯光束的“光腰”或“束腰”。

基膜光斑尺寸：Ws=根号下Xs ²+Ys²=根号下λL/π。

高斯光束共焦场的相位分布由相位函数φ（x，y，z）描述，φ（x，y，z）随坐标而变化，与腔的轴线相交于Zo的等相位面的方程为：φ（x，y，z）=φ（0，0，Zo），则偏离实际广州的程度Z-Zo=（根号下Ro²-（x²+y²））-Ro。

当zo>0时，Z-Zo<0；当Zo<0时，Z-Zo>0.这就表示，共焦场的等相位面都是凹面向着腔的中心（z=0）的球面。

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质就是具有波粒二象性。

人类对光的认识经历了牛顿的微粒说、惠更斯菲涅耳的波动说到爱因斯坦的光子说的发展，最后才认识到波动性和粒子性是光的客观属性，波动性和粒子性总是同时存在的。

一方面光是电磁波，具有波动的性质，有一定的频率和波长。

另一方面光是光子流，光子是具有一定能量和动量的物质粒子。

在—定条件下，可能某一方面的属性比较明显，而当条件改变后，另一方面的属性变得更为明显。

例如，光在传播过程中所表现的干涉、衍射等现象中其波动性较为明显，这时往往可以把光看作是由一列一列的光波组成的；而当光和实物互相作用时(例如光的吸收、发射、光电效应等)，其粒子性较为明显，这时往往又把光看作是由一个一个光子组成的光子流。

激光技术的基本原理
《激光技术的基本原理》
嘿，大家知道不，激光技术那可老神奇啦！激光啊，其实就像是一束超级厉害的光。

我记得有一次去科技馆玩，就看到了一个关于激光的展示。

哇塞，那场面可太震撼了！有个工作人员拿着一个小激光笔，就那么轻轻一按，一束细细的光就射了出来。

然后他用这束光去照射一个气球，“噗”的一下，气球瞬间就爆了！当时我就惊呆了，这激光也太厉害了吧！就那么小小的一束光，居然有这么大的威力。

原来啊，激光技术的基本原理就是通过一种特殊的装置，让光变得特别集中、特别强。

就好像把很多很多的光都汇聚到了一起，变成了一束超级厉害的光。

这束光可以非常精准地照射到一个地方，而且能量特别大。

就像那个爆气球的例子，平常的光可做不到一下子就把气球弄爆呀。

激光技术在我们生活中用处可多啦，比如可以用来做手术，可以用来测量距离，还可以用来刻东西呢。

真的是超级神奇的一项技术呀！
总之，激光技术就是这么牛，它的基本原理虽然听起来有点复杂，但其实就是让光变得更厉害、更有用。

就像我在科技馆看到的那样，那小小的一束激光，却有着大大的能量和魅力呢！以后我还想去探索更多关于激光技术的奇妙之处呀！。

激光原理与激光技术习题答案习题一(1）为使氦氖激光器的相干长度达到1m ，它的单色性∆λ/λ应为多大？解: 10101032861000106328--⨯=⨯=λ=λλ∆=.L R c(2） λ=5000Å的光子单色性∆λ/λ=10—7,求此光子的位置不确定量∆x解: λ=h p λ∆λ=∆2h p h p x =∆∆ m R p h x 5101050007102=⨯=λ=λ∆λ=∆=∆--（3)CO 2激光器的腔长L=100cm ，反射镜直径D=1.5cm ，两镜的光强反射系数分别为r 1=0。

985，r 2=0.8。

求由衍射损耗及输出损耗分别引起的δ、τc 、Q 、∆νc （设n=1）解: 衍射损耗： 1880107501106102262.).(.a L =⨯⨯⨯=λ=δ-- s ..c L c 881075110318801-⨯=⨯⨯=δ=τ 686810113107511061010314322⨯=⨯⨯⨯⨯⨯⨯=πντ=--....Q cMHz .Hz ...c c 19101910751143212168=⨯=⨯⨯⨯=πτ=ν∆- 输出损耗： 1190809850502121.)..ln(.r r ln =⨯⨯-=-=δ s ..c L c 881078210311901-⨯=⨯⨯=δ=τ 686810964107821061010314322⨯=⨯⨯⨯⨯⨯⨯=πντ=--....Q c MHz .Hz ...c c 75107510782143212168=⨯=⨯⨯⨯=πτ=ν∆-（4）有一个谐振腔，腔长L=1m ，两个反射镜中,一个全反，一个半反，半反镜反射系数r=0.99，求在1500MHz 的范围内所包含的纵模个数，及每个纵模的线宽(不考虑其它损耗)解： MHz Hz .L c q 150105112103288=⨯=⨯⨯==ν∆ 11]11501500[]1[=+=+ν∆ν∆=∆q q005.0201.02===T δ s c L c 781067.6103005.01-⨯=⨯⨯==δτ MHz cc 24.01067.614.321217=⨯⨯⨯==-πτν∆(5） 某固体激光器的腔长为45cm ，介质长30cm ，折射率n=1.5，设此腔总的单程损耗率0。

激光的工作原理和应用工作原理•激光的产生：激光是一种由聚集的光束构成的光，其产生基于光子的刺激辐射。

激光的产生通过将光传导到能量激发的介质中进行。

当光通过介质时，光的能量被吸收并且电子从低能级跃迁到高能级。

然后，这些激发的电子退回到低能级时释放出能量，并且产生了进一步放大的光。

这一过程在激光器中循环发生，产生了高度有序且聚集的光束。

•激光的放大：在激光器中，激发的电子释放出的能量被放大，从而产生了更强的光束。

这种放大通过激光器中的两个镜子实现。

一个镜子是部分透明的，使光束能够通过，而另一个镜子是完全反射的，将光束反射回去。

•激光的聚焦：激光具有高度聚焦的能力。

这是因为激光的光束是由相干光产生的，相干光是一种波长相同、相位相同、频率相同的光。

因此，激光光束能够保持高度聚焦的特性，并且能够在长距离传播时保持其辐射特性。

应用领域激光在多个领域具有广泛的应用。

以下是一些主要应用领域：1.医疗领域：•激光用于眼科手术，如激光角膜矫正手术。

•激光在皮肤整容、脱毛和纹身去除等方面也有广泛的应用。

•激光在牙科手术中被用于治疗齿龈疾病和白斑症等。

2.工业制造：•激光在材料加工中常用于切割、焊接和打孔等。

激光切割可以实现非常精确和高速的切割，适用于不同种类的材料。

•激光打标用于在产品上进行永久标记，如条形码和序列号等。

3.科学研究：•激光在物理学、化学和生物学等科学研究中被广泛应用。

激光可以用于精确测量和实验，如光谱分析和原子激发等。

•激光也用于实验室中的光学干涉、光学显微镜和光学透射等。

4.通信技术：•光纤通信是一种利用激光光束传输大量信息的技术。

激光器发出的光通过光纤传输，能够实现高速和远距离的通信。

5.激光雷达：•激光雷达通过发送激光脉冲并测量其返回时间来测量目标的距离。

激光雷达在遥感、测绘和自动驾驶等领域具有重要应用。

6.军事应用：•激光被广泛应用于军事技术，如激光瞄准、激光导引和激光通信等。

总结激光作为一种特殊光束，具有独特的工作原理和广泛的应用。