第一章、激光的基本原理
1. 为使He-Ne激光器的相干长度达到1km,它的单色性Δλ/λ0应是多少?
2.设一对激光能级为E2和E1(f1=f2)，相应的频率为v(波长为λ)，能级上的粒子数密度分别为n2和n1，求：
(a) 当v=3000MHz，T=300K时，n2/n1=?
(b) 当λ=1μm，T=300K时，n2/n1=?
(c) 当λ=1μm，n2/n1=0.1时，温度T=?
4.在红宝石Q调制激光器中，有可能将几乎全部Cr+3离子激发到激光上能级并产生激光巨脉
冲。设红宝石棒直径1cm，长度7.5cm，Cr+3离子浓度为2×1019cm-3，巨型脉冲宽度为10ns，
求输出激光的最大能量和脉冲功率。
5试证明，由于自发辐射，原子在E2能级的平均寿命ts=1/A21。
8．（1）一质地均匀的材料对光的吸收系数为0.01mm-1，光通过10cm长的该材料后，出射
光强为入射光强的百分之几？（2）一光束通过长度为1m的均匀激励的工作物质，如果出射
光强是入射光强的两倍，试求该物质的增益系数。
第二章、开放式光腔与高斯光束
1． 试利用往返矩阵证明共焦腔为稳定腔，即任意傍轴光线在其中可以往返无限多次，而且
两次往返即自行闭合。
2．试求平凹，双凹、凹凸共轴球面镜腔的稳定性条件。
6．试求出方形镜共焦腔面上的TEM30模的节线位置，这些节线是等距分布的吗？
8．今有一球面腔，R1=1.5m，R2=-1m, L=80cm。试证明该腔为稳定腔；求出它的等价共焦
腔的参数；在图上画出等价共焦腔的具体位置。
13．某二氧化碳激光器,采用平-凹腔，凹面镜的R=2m，腔长L=1m。试给出它所产生的高斯
光束的束腰斑半径ω0的大小与位置、该高斯光束的f及θ0的大小。
16．某高斯光束ω0=1.2mm，λ=10.6μm。今用F=2cm的锗透镜来聚焦，当束腰与透镜的距离
为10m、1m、10cm、0时求焦斑大小和位置，并分析所得的结果。
第二部分-(III)-激光产生的基本原理
光电子的知识
激光的基本原理及特性
三、激光产生的基本原理(一)、激光的形成及产生的基本条件)、激光的形成及产生的基本条件1、粒子数反转分布、EE
玻尔兹曼分布反转分布E2E1n3n2n1
n
n2=en1
(EE)21KT
E2E1n1n2n3
单位时间内STE增加的光子数密度单位时间内STA减少的光子数密度
w21n2=B21ρνn2w12n1=B12ρνn1
光电子的知识
激光的基本原理及特性f2n2n1f1
正常分布受激吸收占主导光衰减，吸收反转分布受激辐射占主导光放大有增益N2N1
增益介质：增益介质：处于粒子数反转分布状态的物质为实现粒子数反转分布，要求在单位时间内激发到上能级的粒子数密度越多越好，为实现粒子数反转分布，要求在单位时间内激发到上能级的粒子数密度越多越好，下能级的粒子数越少越好，上能级粒子数的寿命长些好。下能级的粒子数越少越好，上能级粒子数的寿命长些好。 光电子的知识
激光的基本原理及特性2、激光器的基本结构、n=w21A21
ρν↑→w21↑→n>>1
STE光子集中在几个模式
非轴向模轴向模
技术思想的重大突破-F-P光谐振腔开放式光谐振腔使特定(轴向)模式的ρν增加,其它(非轴向)模式数逸出腔外，使轴向模有很高的光子简并度。
工作物质,光学谐振腔,激励能源是一般激光器的三个基本部分。
光电子的知识
激光的基本原理及特性3、激光产生的基本条件及激光形成过程、1、实现粒子数反转(粒子数反常分布)基本条件：基本条件：2、满足阈值条件(增益大于或等于损耗)阈值：阈值：产生激光所要需的最低能量激光形成过程：激光形成过程：泵浦(抽运)放大粒子数反转达到阈值受激放大激光输出振荡
粒子数反转分布是STE占优势(产生激光)的前提条件依靠外界向物质提供能量(泵浦或称激励)才能打破热平衡，实现粒子数反转激励(泵浦)能源是激光器基本组成部分之一光(闪光灯，激光)、电(气体放电，电注入)、化学、核
一、激光基本原理
1、 LASER 是什么意思
Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation(通过诱导放出实现光能增幅 的英语开头字 母
2、激光产生的原理
激光――“受激辐射放大”是通过强光照射激光发生介质,使介质内部原子的电子获得能量,受激而使电子 运动轨道发生迁移,由低能态变为高能态。处于激发态的原子,受外界辐射感应,使处于激发态的原子跃迁到低 能态,同时发出一束光;这束光在频率、相位、传播方向、偏振等方面和入射光完全一致,此时的光为受激辐射
光。
为了得到高能量密度、高指向性的激光,必须要有封闭光线的谐振腔,使观光束在置于激光发生介质两侧的 反射镜之间往复振荡,进而提高光强,同时提高光的方向性。含有钕 (ND的 YAG 结晶体发生的激光是一种人眼看 不见的波长为 1.064um
的近红外光。这种光束在微弱的受激发情况下,也能实现连续发振。 YAG 晶体是宝石钇铝 石榴石的简称,具有优异的光学特性,是最佳的激光发振用结晶体。
3、激光的主要特长
a 、单色性――激光不是已许多不同的光混一合而成的,它是最纯的单色光 (波长、频率
b 、方向性――激光传播时基本不向外扩散。
c 、相干性――激光的位相 (波峰和波谷 很有规律,相干性好。
d 、高输出功率――用透镜聚焦激光后,所得到的能量密度是太阳光的几百倍。
二、 YAG 激光焊接 激光焊接是利用激光束优异的方向性和高功么密度等特点进行工作。 通过光学系统将激光束聚焦在很小的区 域内,在极短的时间内使被焊处形成一个能量高度集中的热源区,从而使被焊物熔化并形成牢固的焊点和焊缝。
常用的激光焊接方式有两种:脉冲激光焊和连续激光焊。前者主要用于单点固定连续和薄件材料的焊接。后 者主要用于大厚件的焊接和切割。
l 、激光焊接加工方法的特征
A 、非接触加工,不需对工件加压和进行表面处理。
激光打标机原理
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第一章 激光器原理
可以肯定地说：本世纪最后的伟大发明之一是激光技术。它自一九五八年问世以来，已经逐步地然而是坚定地渗透到了科研、军事、工业等各个领域。不是吗？看看我们的周围，你就可以轻易地找到它应用的实例：医院中的激光诊断及激光治疗机、商店中的条码识别器、办公室中的激光打印机、把我们与世界各地联结在一起的光纤等等，就是在我们的家中也有它的身影：激光唱机、激光影碟机。
人类发明了多种多样的激光器。诸如：气体激光器（He-Ne激光器、CO2激光器等）、固态晶体激光器（红宝石激光器、钕玻璃激光器等）、离子激光器（氪离子激光器、氩离子激光器等）、染料激光器（甲酚紫激光器、萤光素激光器等）、超辐射激光器（氮分子激光器等）以及半导体激光器（砷化镓半导体二极管等）等等。
在世界的许多地方，几乎所有的商品激光器都在制造业中得到越来越广泛的应用。CO2激光器的主要用途就是各类工业激光加工设备，作为固态晶体激光器的Nd: YAG（掺钕钇铝石榴石）激光器的最大应用便是在激光打标领域。
1.1 激光原理
我们知道，物质是由原子组成的，而原子是由带正电的原子核和带负电的核外电子组成的（见图1.1）。每一个电子都沿着自己特定的轨道绕原子核高速旋转，其旋转半径决定于电子所处的能级。原子吸收能量后，电子的旋转半径会增加，电子的能级就会提高；原子释放能量后，电子的旋转半径会减小，电子的能级就会降低。每个能级对应着一个特定的能量。电子所具有的能量是不连续的，也就是说原子的能级是量子化的。原子只有吸收了两个能级之间差值的能量才会提高一个能级，电子在能级之间的变动现象称为跃迁。同样，当原子跃迁到较低能级时，会释放出两个能级之间差值的能量。原子的最低能级为E0，高的能级依次为E1、E2、E3、……，高的能级称为上能级，低的能级为下能级。处在能级E0的原子称为基态原子，其它能级称为激发态（见图1.2）。
