第1章- 激光原理与技术-1.

激光原理与激光技术嘿，朋友们！今天咱就来聊聊激光原理与激光技术，这可真是个超级有趣又超级厉害的玩意儿啊！你说激光像啥？就好比一把超级精准的利剑，能在各种材料上雕刻出精美的图案，还能在医疗领域帮咱治病呢！想想看，医生拿着激光这把“利剑”，精准地切除肿瘤啥的，多牛啊！激光的原理呢，其实也不复杂。

简单来说，就是通过一些特殊的方法，让一群原子啊啥的一起放光，而且这些光还都朝着一个方向跑，这就形成了激光啦！就好像一群小伙伴，本来都乱哄哄的，突然有个指挥让他们都排好队朝一个方向走，那力量可就大了去了。

激光技术的应用那可真是广泛得很呐！在工业上，能用来切割、焊接，那效率，可比传统方法高多了。

你想想，要是还用老办法切割那些厚厚的钢板，得多费劲啊，还不一定切得好。

但有了激光，“唰”的一下就切好了，多厉害！在通信领域，激光通信那可是速度超快，信息传递得那叫一个迅速，就像千里马一样，嗖的一下就跑老远了。

还有啊，在科研上，激光也是大显身手。

科学家们用激光来研究各种微小的东西，探索那些我们肉眼看不到的奥秘。

这就好像给科学家们配上了一副超级放大镜，让他们能看清那些神秘的微观世界。

咱再说说激光表演，那可真是太酷炫啦！在演唱会上，那一道道激光在黑暗中穿梭，配合着音乐和灯光，简直让人陶醉其中。

这不是魔法是什么？哎呀，说了这么多，你是不是对激光原理与激光技术有了更深的了解呢？这玩意儿真的是给我们的生活带来了太多的改变和惊喜啊！它就像一个隐藏在现代科技中的小精灵，总是能在关键时刻跳出来，给我们带来意想不到的效果。

所以啊，大家可别小瞧了激光哦！它虽然看起来很神秘，但其实就在我们身边，默默地发挥着它的作用呢！让我们一起期待激光技术能给我们带来更多更棒的惊喜吧！原创不易，请尊重原创，谢谢!。

激光测量技术第一章 激光原理与技术1、简并度：同一能级对应的不同的电子运动状态的数目；简并能级：电子可以有两个或两个以上的不同运动状态具有相同的能级，这样的能级叫 简并能级2、泵浦方式：光泵浦，电泵浦，化学泵浦，热泵浦3、激光产生三要素：泵浦，增益介质，谐振腔阀值条件:光在谐振腔来回往返一次所获得光增益必须大于或者等于所遭受的各种 损耗之和.4、He-Ne 激光器的三种结构：【主要结构：激光管（放电管，电极，光学谐振腔）+电源+光学元件】 1）内腔式；2）外腔式；3）半内腔式5、激光器分类：1）工作波段：远红外、红外激光器；可见光激光器；紫外、真空紫外激光器；X 光激光器2）运转方式：连续激光器；脉冲激光器；超短脉冲激光器6、激光的基本物理性质：1）激光的方向性。

不同类型激光器的方向性差别很大，与增益介质的方向性及均匀性、谐振腔的类型及腔长和激光器的工作状态有关。

气体激光器的增益介质有良好的均匀性，且腔长大，方向性 ，最好！例1：对于直径3mm 腔镜的632.8nmHe-Ne 激光器输出光束，近衍射极限光束发散角为2）激光的高亮度。

3）单色性。

激光的频率受以下条件影响：能级分裂；腔长变化←泵浦、温度、振动4）相干性：时间相干性(同地异时)：同一光源的光经过不同的路径到达同一位置，尚能发生干涉，其经过的时间差τc 称为相干时间。

相干长度： 例 : He-Ne laser 的线宽和波长比值为10-7求Michelson 干涉仪的最大测量长度是多少？ 解： ，最大测量长度为Lmax=Lc/2=3.164m 。

空间相干性（同时异地）：同一时间，由空间不同的点发出的光波的相干性。

7、相邻两个纵模频率的间隔为谐振腔的作用：（1）提供正反馈；（2）选择激光的方向性；（3）提高激光的单色性。

例 设He-Ne 激光器腔长L 分别为0.30m 、1.0m,气体折射率n~1,试求纵模频率间隔各为多少?8、激光的横模：光场在横向不同的稳定分布，激光模式一般用TEMmnq 表示原因：激活介质的不均匀性，或谐振腔内插入元件（如布儒斯特窗）破坏了腔的旋转对称性。

激光原理与激光技术激光（Laser，即Light Amplification by Stimulated Emissionof Radiation）原理是指利用原子、分子或离子等粒子通过受激辐射发射光子，从而引起其他粒子产生受激辐射的过程，从而使辐射出的光具有相干性、单色性和直线性等特点。

激光技术是基于激光原理的一种应用技术，广泛应用于科学研究、通信、医疗、材料加工、军事等领域。

它具有高度单色性、方向性和相干性等特点，能够产生高亮度、高纯度的单色激光束，并可以进行定向传输、聚焦和控制。

激光原理主要通过三个步骤来实现：激发、放大和光学反馈。

首先是激发过程。

将能量输入到激光介质中，使其处于一个激发态。

这可以通过电子束、光束或电流等方式来实现。

然后是放大过程。

在激发态下，原子、分子或离子等受激发射出来的光子会与其他处于低能级的粒子相互作用，导致这些粒子也被激发至高能级。

这个过程将光子从激光介质中放大，使其能量不断增加。

最后是光学反馈。

在放大过程中，要控制光的传播方向和放大程度，需要将部分放大的光子反馈回激光介质中，形成一个正反馈的光学腔。

这个腔可以是一个反射镜和光学波导等结构，它能够使激光束在垂直方向上相互干涉，进而形成一束单色、单一模式的激光。

激光技术可以广泛应用于科学研究。

激光器的单色性和方向性使得其在光谱学、光学干涉、光学光谱分析等领域有着重要应用。

例如，在拉曼光谱仪中，激光光源通过与样品相互作用，可以提供样品的分子振动信息。

激光技术在通信领域也有着重要的应用。

光纤通信使用激光器作为光源，激光器发出的激光信号可以在光纤中传输，并在接收端被转换为电信号。

激光技术的高方向性和低衰减特性使得光纤通信成为现代通信领域的重要技术。

医疗领域也广泛应用了激光技术。

激光可以用于激光手术、激光治疗以及激光检测等方面。

激光手术是通过高能量的激光束来以非接触、非侵入的方式切割、燃蚀或疏通病变组织。

激光治疗则是利用激光的光热效应和生物刺激效应来达到治疗目的。

激光原理与技术习题答案激光是一种特殊的光，它具有高度的单色性、相干性、方向性和亮度。

激光技术是现代物理学的一个分支，广泛应用于通信、医疗、工业加工等多个领域。

为了更好地理解激光原理与技术，我们通常会通过习题来加深理解。

以下是一些激光原理与技术的习题答案，供参考。

习题1：解释激光的产生机制。

激光的产生基于受激辐射原理。

当原子或分子被外部能量激发到高能级后，它们会自发地返回到较低的能级，并在此过程中释放出光子。

如果这些光子能够被其他处于激发态的原子或分子吸收，就会引发更多的受激辐射，形成正反馈机制，最终产生相干的光束，即激光。

习题2：描述激光的三个主要特性。

激光的三个主要特性是：1. 单色性：激光的波长非常窄，频率非常一致，这使得激光具有非常纯净的光谱特性。

2. 相干性：激光束中的光波在空间和时间上具有高度的一致性，使得激光束能够保持稳定的光强和方向。

3. 方向性：激光束的发散角非常小，几乎可以看作是平行光束，这使得激光能够聚焦到非常小的点上。

习题3：解释激光在通信中的应用。

激光在通信中的应用主要体现在光纤通信。

光纤通信利用激光的高亮度和方向性，通过光纤传输信息。

光纤是一种透明的玻璃或塑料制成的细长管，激光在其中传播时损耗非常小，可以实现长距离、大容量的信息传输。

激光通信具有抗干扰性强、传输速度快等优点。

习题4：讨论激光在医疗领域的应用。

激光在医疗领域的应用非常广泛，包括激光手术、激光治疗和激光诊断等。

激光手术可以用于精确切除病变组织，减少手术创伤；激光治疗可以用于治疗皮肤病、疼痛管理等；激光诊断则可以用于无创检测和成像，提高诊断的准确性。

习题5：解释激光冷却的原理。

激光冷却是利用激光与原子或分子相互作用，将它们冷却到接近绝对零度的过程。

当激光的频率略低于原子或分子的自然频率时，原子或分子吸收光子后会向激光传播的反方向运动，从而损失动能。

这个过程被称为多普勒冷却。

通过这种方法，可以实现对原子或分子的精确控制和测量。

各章复习要点第1章 激光原理概论1.光的波粒二相性，光子学说光是由一群以光速 c 运动的光量子（简称光子）所组成 2三种跃迁过程（自发辐射、受激辐射 和受激吸收）• 3.自发辐射和受激辐射的本质区别？• 4.在热平衡状态下，物质的粒子数密度按能级分布规律（正常分布）• 5.激光产生的必要条件:实现粒子数反转分布 • 6.激光产生的阈值条件：增益大于等于损耗 •7.激光的特点？•(1)极好的方向性（θ≈10-3rad)•(2)优越的单色性(Δν=3.8*108Hz,是单色 性最好的普通光源的线宽的105倍.•(3)极好的相干性(频率相同,传播方向同,相位差恒定)•(4)极高的亮度•光亮度:单位面积的光源,在其法向单位立体角内传送的光功率.•8激光器构成及每部分的功能νh E =λνc h c h c E m ///22===1激光工作物质提供形成激光的能级结构体系，是激光产生的内因2.）泵浦源提供形成激光的能量激励，是激光形成的外因3.）光学谐振腔①提供光学正反馈作用②控制腔内振荡光束的特性•9激光产生的基本原理(以红宝石激光器为例)•⑴Cr3+的受激吸收过程．•⑵无辐射跃迁•⑶粒子数反转状态的形成•⑷个别的自发辐射 •⑸受激发射 •⑹激光的形成 •10.模式的概念及分类11.纵模的谐振条件的推导及纵模间隔的计算。

第2章 激光谐振腔技术、选模及稳频技术 • 1.掌握三个评价谐振腔的重要指标•最简单的光学谐振腔是在激活介质两端适当的位置放置两个具有高反射率的反射镜来构成的，与微波相比，采用开腔。

1）平均单程功率损耗率πλπφ222⋅=⋅=∆q nL qnL q 2=λnLcqv q 2=反射损耗：衍射损耗：（圆形平行平面腔）2）谐振腔寿命3）谐振腔Q 值• 2.了解横模选择的两种方法(1)只改变谐振腔的结构和参数,使高阶模具有大的衍射损耗(2)腔内插入附加的选模器件 3两种常用的抑制高阶横模的方法 1.调节反射镜 ✓ 优点:方法简单易行 ✓ 缺点:输出功率显著降低 2.腔内加光阑高阶横模的光束截面比基横模大，减小增益介质的有效孔径，可大大增加高阶横模的衍射损耗• 4.理解三种单纵模输出的方法 •1）短腔法10ln21I I =δ4.12)(207.0aLd λδ=)1(R c Lt c -=dr L L R c L cQ δδλπλδπλπ+==-=1.22)1(.221210010ln 21ln 21ln21r r r r I I I I -===δ•2）法布里-珀罗标准距法•3）复合腔选纵模第5章 光电子显示技术• 1.黑白CRT 的构成及每部分的功能？ • 电子枪、偏转系统和荧光屏三部分构成• 2.黑白CRT 的基本工作原理？ndc m 2=∆ν•电子枪发射出电子束，电子枪受阴极或栅极所加的视频信号电压的调制，电子束经过加束极的加速，聚焦极的聚焦，偏转磁场的偏转扫描到屏幕前面的荧光涂层上，产生复合发光，最终形成满足人眼视觉特性要求的光学图像。

激光原理与技术期末复习第一章、辐射理论概要与激光产生的条件1、光量子能量E与波长成反比: E ? 1/λ; 波长越长;光量子能量E越小;(频率越低) ;波长越短; 光量子能量E越大; (频率越高)。

2、原子处于最低的能级状态称为(基态)。

能量高于基态的其它能级状态称为激发态。

3、能级有两个或两个以上的不同运动状态称为简并能级。

同一能级所对应的不同电子运动状态的数目称为(简并度)。

4、在热平衡条件下，原子数按能级分布服从(波尔兹曼定律)。

5、原子能级间跃迁发射或吸收光子的现象称为辐射跃迁。

原子在不同能级跃迁时并不伴随光子的发射和吸收，而是把多余的能量传给了别的原子或吸收别的原子传给它的能量的现象称为(非辐射跃迁)。

6、辐射场中单位体积内，(单位频率间隔)中的辐射能量称为单色辐射能量密度。

7、光与物质的相互作用有三种不同的基本过程:(自发辐射);受激吸收;受激辐射。

8、自发辐射:高能级的原子自发地从(高能级E2)向低能级E1跃迁，同时放出能量为E=hv 的光子的现象称为自发辐射。

9、自发辐射系数(A21):表示单位时间内，发生自发辐射的粒子数密度占处于E2能级总粒子数密度的百分比。

即每一个处于E2能级的粒子在单位时间内发生的自发跃迁几率。

自发辐射跃迁几率就是自发辐射系数本身。

各个原子自发辐射的光向空间各个方向传播，是(非相干光)。

10、原子数密度由起始值降至它的1/e的时间为自发辐射的(平均寿命)。

A21就是原子在能级E2的平均寿命的倒数。

11、当受到外来能量为hv=E2-E1 的光照射时，高能级E2上的原子向低能级E1跃迁，同时发射一个与外来光子完全相同的光子的现象称为受激辐射。

受激辐射的光子与外来光子的特性一样。

频率、位相、偏振和传播方向相同称之为(全同光子)。

12、受激辐射的跃迁几率(W21)为单位时间内，在外来单色能量密度的光照下，E2能级上发生受激辐射的粒子数密度占处于E2能级总粒子数密度的(百分比)。

激光原理与技术课后答案激光，全称为“光电子激发放射”，是一种具有高度相干性和高能量密度的光。

它具有许多独特的特性，使其在各种领域得到广泛应用，如医学、通信、材料加工等。

激光的产生原理和技术是激光学乃至整个光学领域的基础知识，对于理解激光的特性和应用具有重要意义。

下面是关于激光原理与技术的课后答案，希望能够帮助大家更好地理解和掌握这一知识。

1. 什么是激光？激光是一种特殊的光，具有高度相干性和高能量密度。

它的特点是具有单一波长、高亮度和方向性好。

2. 激光的产生原理是什么？激光的产生主要是通过受激辐射过程实现的。

在受激辐射过程中，原子或分子受到外界能量激发后，会发射出与外界光同频率、同相位、同方向的光子，从而形成激光。

3. 激光的特性有哪些？激光具有单一波长、高亮度、方向性好和高相干性等特性。

这些特性使得激光在许多领域具有广泛的应用价值。

4. 激光在医学领域的应用有哪些？激光在医学领域有着广泛的应用，如激光手术、激光治疗、激光诊断等。

其中，激光手术可以实现无创伤手术，减少患者的痛苦和恢复时间。

5. 激光在通信领域的应用有哪些？激光在通信领域主要应用于光纤通信和激光雷达等领域。

激光的高亮度和方向性好使得它成为了光纤通信的理想光源。

6. 激光在材料加工领域的应用有哪些？激光在材料加工领域有着广泛的应用，如激光切割、激光焊接、激光打标等。

激光加工可以实现高精度、高效率的加工，广泛应用于汽车制造、航空航天等领域。

7. 激光技术的发展趋势是什么？随着科学技术的不断发展，激光技术也在不断创新和进步。

未来，激光技术将更加广泛地应用于各个领域，同时也会不断提升其性能和效率。

通过以上内容，我们可以更深入地了解激光原理与技术，以及其在各个领域的应用。

激光作为一种特殊的光，具有许多独特的特性，使其在医学、通信、材料加工等领域发挥着重要作用。

随着科学技术的不断发展，激光技术也将不断创新和进步，为人类社会的发展做出更大的贡献。

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4.谱线加宽的分类:均匀加宽和非均匀加宽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，因而，Ei 上很容易积累大量的粒子；其次，在有些情况下，将粒子从基态激发到Ei 的几率要比激发到Eu 的几率大得多，这就降低了对泵浦的要求；最后，依据选择定则，可以使Ei 向Eu 的弛豫过程比Ei 向激光下能级Ei 的弛豫过程快得多6..频率牵引有源腔中的纵模频率总是比无源腔中同序数频率更接近工作物质的中心频率7.能画出激光工作物质三能级系统能级图，说明能级间粒子跃迁的动态过程？8.当粒子反转数大于零时，在激光谐振腔中能够自激振荡吗？为什么？9. 激光的特性(单色性、方向性、相干性和高亮度)10. 证明光谱线型函数满足归一化条件证明: ⎰⎰⎰+∞∞-+∞∞-+∞∞-====1)()()(ννννννd g I d Ig d I I则 11.激光器的输出特性。

（43页）？？？第2章1.光学谐振腔的分类和作用分类：能否忽略侧面边界，可将其分为开腔，闭腔以及气体波导腔按照腔镜的形状和结构，可分为球面腔和非球面腔是否插入透镜之类的光学元件，或者是否考虑腔镜以外的反射表面，可以分为简单腔和符合腔 u u u u S h A c h I τσντνπν11228==)211(2121111τττπν++++=∆∑∑u jj i ui H A A N D M T Mc kT 072/120)1016.7(])2(ln 2[2ννν-⨯==∆⎰+∞∞-=1)(ννd g根据腔中辐射场的特点，可分为驻波腔和行波腔从反馈机理的不同，可分端面反馈腔和分布反馈腔根据构成谐振腔反射镜的个数，可分为两镜腔和多镜腔作用：①提供轴向光波模的光学反馈；②控制振荡模式的特性2.光学谐振腔的损耗分类:几何损耗、衍射损耗、输出腔镜的透射损耗和非激活吸收、散射等其他损耗计算:单程损耗：12m βδ==D 为平平腔镜面的横向尺寸（反射镜的直接）β两镜面直接的小角度L 两镜面直接的距离（腔长）)单程衍射p59开始带图3.推导平平腔的两个相邻纵模的频率间隔证明：4.以平-平腔为例理解光学谐振腔横模的形成过程5. 用g 参数表示的谐振腔稳定性条件6..高斯光束高斯光束既不是平面波、也不是一般的球面波，在其传播轴线附近可以近似看作是一种非均匀高斯球面波。