激光的单色性和时间相干性

激光技术与应⽤复习知识点1、激光的定义激光是由受激发射的光放⼤产⽣的辐射。

2、激光的基本特性单⾊性，⽅向性，相⼲性，⾼亮度。

3、空间相⼲性与时间相⼲性波在空间不同区域可能具有不固定的相位差，只有在⼀定空间范围内的光波才有相对固定的位相差，使得只有⼀定空间内的光波才是相⼲的。

这种特性叫做波的空间相⼲性。

与波传播时间差有关的，由不确定的位相差导致的，只有传播时间差在⼀定范围内的波才具有相对固定的位相差从⽽相⼲的特性叫波的时间相⼲性。

4、光⼦简并度光⼦属于波⾊⼦，⼤量光⼦集合遵从波⾊-爱因斯坦统计规律，处于同态的光⼦数不受限制。

虽然处于同⼀光⼦态的光⼦数并⾮严格的不随时间的变化，但其平均光⼦数是可以确定的。

这种处于同⼀光⼦态的平均光⼦数成为光⼦简并度。

5、激光器的基本组成及其应⽤激光器⼀般包括三个部分。

激光器的基本结构由⼯作物质、泵浦源和光学谐振腔三部分组成。

激光技术是涉及到光、机、电、材料及检测等多门学科的⼀门综合技术，传统上看，它的研究范围⼀般可分为：激光焊接，激光切割，激光治疗，激光打标，激光打孔，激光热处理，激光快速成型，激光涂敷等。

6、⾃发辐射处于激发态的原⼦中，电⼦在激发态能级上只能停留⼀段很短的时间，就⾃发地跃迁到较低能级中去，同时辐射出⼀个光⼦，这种辐射叫做⾃发辐射。

7、受激辐射在组成物质的原⼦中，有不同数量的粒⼦（电⼦）分布在不同的能级上，在⾼能级上的粒⼦受到某种光⼦的激发，会从⾼能级跳到（跃迁）到低能级上，这时将会辐射出与激发它的光相同性质的光，⽽且在某种状态下，能出现⼀个弱光激发出⼀个强光的现象。

8、受激吸收处于低能级的原⼦(l E )，受到外来光⼦的激励下，在满⾜能量恰好等于低、⾼两能级之差(E ?)时，该原⼦就吸收这部分能量，跃迁到⾼能级(h E )，即h l E E E ?=-。

受激吸收与受激辐射是互逆的过程。

9、激光产⽣的必要条件受激幅射是产⽣激光的⾸要条件，也是必要条件。

激光基本概述范文激光是一种特殊的光辐射，具有单色性、相干性和方向性等特点。

激光器是一种能产生激光的装置，通常由激发源、增益介质和光腔三部分组成。

激光由于其特殊的性质，在科研、医疗、通信、材料加工等多个领域有着广泛的应用。

激光的单色性是指激光具有极窄的频率谱线，一般能够达到很高的频率稳定性。

这是由于激光的产生依赖于特定的能级跃迁，因此能够产生具有固定频率的光波。

与其他光源相比，激光的单色性使得其具有更强的穿透力和辨识能力。

激光的相干性是指激光光束中的光波具有非常好的相位关系。

这种相位关系使得激光光束能够形成明亮、锐利、高对比度的干涉条纹。

相干性使得激光在干涉、衍射和散射等方面有着独特的应用，例如激光干涉测量和激光全息术等。

激光的方向性是指激光光束能够在相当长的距离上保持较小的光束发散角度。

这是由于激光的光波具有在空间上高度一致的波前形状，能够通过适当设计的光学系统将光束聚焦成较小的点。

激光的方向性使得其在光通信、激光雷达等领域有着广泛的应用。

激光器是产生激光的装置，根据辐射介质的不同，可分为气体激光器、固体激光器和半导体激光器等。

气体激光器利用气体放电产生激发能级，再通过受激辐射过程产生激光。

常见的气体激光器包括氦氖激光器、二氧化碳激光器等。

固体激光器利用固体增益介质，通过光泵浦方式产生激发能级，再进行受激辐射过程得到激光。

常见的固体激光器有Nd:YAG激光器、激光二极管等。

半导体激光器是利用半导体材料的特殊性质产生激光，这类激光器尺寸小、功耗低，广泛应用于光通信和激光打印等领域。

激光的应用十分广泛，其中激光切割是一种主要的激光材料加工方法，广泛应用于金属、塑料、木材等材料的切割和雕刻领域。

激光打印技术利用激光的单色性和方向性，可以高速、高质量地实现文件和图像的打印。

此外，激光还在医疗领域有着广泛的应用，例如激光治疗和激光手术等。

总之，激光作为一种特殊的光辐射，具有单色性、相干性和方向性等特点。

激光器是产生激光的装置，根据辐射介质的不同有气体激光器、固体激光器和半导体激光器等。

激光的发射原理及产生过程的特殊性决定了激光具有普通光所不具有的特点：即三好（单色性好、相干性好、方向性好）一高（亮度高）。

1 单色性好：普通光源发射的光子，在频率上是各不相同的，所以包含有各种颜色。

而激光发射的各个光子频率相同，因此激光是最好的单色光源。

由于光的生物效应强烈地依赖于光的波长，使得激光的单色性在临床选择性治疗上获得重要应用。

此外，激光的单色特性在光谱技术及光学测量中也得到广泛应用，已成为基础医学研究与临床诊断的重要手段。

2 相干性好：由于受激辐射的光子在相位上是一致的，再加之谐振腔的选模作用，使激光束横截面上各点间有固定的相位关系，所以激光的空间相干性很好（由自发辐射产生的普通光是非相干光）。

激光为我们提供了最好的相干光源。

正是由于激光器的问世，才促使相干技术获得飞跃发展，全息技术才得以实现。

3 方向性好：激光束的发散角很小，几乎是一平行的光线，激光照射到月球上形成的光斑直径仅有1公里左右。

而普通光源发出的光射向四面八方，为了将普通光沿某个方向集中起来常使用聚光装置，但即便是最好的探照灯，如将其光投射到月球上，光斑直径将扩大到1 000公里以上。

激光束的方向性好这一特性在医学上的应用主要是激光能量能在空间高度集中，从而可将激光束制成激光手术刀。

另外，由几何光学可知，平行性越好的光束经聚焦得到的焦斑尺寸越小，再加之激光单色性好，经聚焦后无色散像差，使光斑尺寸进一步缩小，可达微米级以下，甚至可用作切割细胞或分子的精细的“手术刀”。

4 亮度高：激光的亮度可比普通光源高出1012－1019倍，是目前最亮的光源，强激光甚至可产生上亿度的高温。

激光的高能量是保证激光临床治疗有效的最可贵的基本特性之一。

利用激光的高能量还可使激光应用于激光加工工业及国防事业等。

切换到宽屏19362超声波探伤编辑超声波探伤是利用超声能透入金属材料的深处，并由一截面进入另一截面时，在界面边缘发生反射的特点来检查零件缺陷的一种方法，当超声波束自零件表面由探头通至金属内部，遇到缺陷与零件底面时就分别发生反射波，在荧光屏上形成脉冲波形，根据这些脉冲波形来判断缺陷位置和大小。

激光基本特征激光是指一束高度聚焦、具有单色性、相干性和高亮度等特征的光束。

激光是由处于激发态的原子或分子释放出来的光子所组成的。

激光的基本特征是指激光独特的性质和行为，下面将从以下几个方面详细介绍激光的基本特征。

1. 单色性激光的单色性指激光所产生的光是单一频率的。

激光的单色性由于激发态原子或分子之间的能级结构和产生激光的物质的特性所决定。

激光所具有的单色性使其在科学研究、医学、通信等领域具有广泛的应用。

2. 相干性激光的相干性是指激光光波中光子的相位关系保持一致的特性。

激光光束的相干性使其具有干涉、衍射等特性。

激光的相干性能够保持光束的集中性，使得激光在远距离传输时损失较小，有助于激光的聚焦和精确测量。

3. 高亮度激光的高亮度是指激光的亮度远远高于其他光源。

激光的高亮度是由于激光所具有的高度聚焦特性和聚光能力优秀的光学系统所决定的。

高亮度的激光在医学、材料加工和军事等领域有着广泛的应用。

4. 窄束性激光的窄束性是指激光光束的直径非常小。

与其他光源相比，激光光束的直径可以达到亚微米甚至更小的级别。

激光的窄束性使得激光光束能够在远距离传输时保持高度集中，从而实现高精度的光学操作。

5. 高能量激光所具有的高能量使得其在科学研究、医学治疗和军事应用等领域展现出巨大的潜力。

激光的高能量是由于激发态原子或分子释放出的光子具有高能量特性所决定的。

高能量的激光在材料切割、焊接、打孔等领域具有重要的应用价值。

总之，激光的基本特征是单色性、相干性、高亮度、窄束性和高能量。

这些特征使得激光在科学研究、医学、工业生产等领域发挥着重要的作用。

随着激光技术的不断发展壮大，激光领域的应用将会更加广泛。

激光的原理与特点
激光，是指具有高度一致的光波振荡特性的一种光束。

激光的原理是通过三级系统（包括基态、激发态和亚稳态）之间的电磁辐射相互作用而产生的。

具体来说，激光的原理包括光放大、光共振、正反馈等。

激光的特点主要有以下几个方面：
1. 高度的单色性：激光的频率非常纯净，只有极少的频率成分，因此它具有非常高的单色性。

这是由于激光光波是由一个频率极为准确的谐振振荡系统所产生的。

2. 高度的方向性：激光光束具有非常高的方向性，激光光束在传播过程中很少发生散射，能够以非常窄的角度进行定向传播。

这是由于激光的振荡介质是一个长而细的谐振腔。

3. 高度的相干性：激光光束具有非常高的相干性，所有的光波的振幅和相位都高度一致。

这是由于激光光波是由许多同样频率和相位的原子或分子发射的。

4. 高度的能量密度：激光光束具有非常高的能量密度，能够集中大量的能量在一个很小的空间范围内。

由于激光的强度非常大，因此它可以用来进行高精度的切割、焊接等工业加工。

总之，激光作为一种特殊的光线，具有高度的单色性、方向性、相干性和能量密度，这些特点使得激光被广泛应用于科学、医学、工业等多个领域。

激光的特性及应用激光（laser）是一种高度聚焦的、单色性和相干性极高的光束。

它具有独特的特性，因此在各个领域有广泛的应用。

本文将介绍激光的特性以及一些常见的激光应用。

一、激光的特性1. 高度聚焦：激光束可以被聚焦到极小的直径，因此可以实现高精度和高分辨率的操作。

这种属性使激光在医疗、材料加工和通信领域得到广泛应用。

2. 单色性：激光是单色光，即它的频率非常纯净。

这使得激光在光谱分析、光学传感器和高精度测量中具有重要作用。

3. 相干性：激光的光波是相干的，即光的波峰和波谷保持稳定的相对位置。

这种特性使激光在干涉测量、全息术和激光雷达等领域得到广泛应用。

4. 高能量密度：激光具有高能量密度，可以在很小的空间范围内提供大量的能量。

这使得激光在切割、焊接和打孔等材料加工过程中非常有效。

二、激光的应用1. 医疗领域：激光在医疗领域有着广泛的应用。

例如，激光手术可以实现精确的组织切割和病变去除，减少手术风险和恢复时间。

激光还可以用于激光治疗中的照射，用于促进伤口愈合和病症治疗。

2. 通信领域：激光在光纤通信中起到关键作用。

激光作为信息传输的光源，可以提供高速、高带宽的数据传输。

此外，激光器还可以用于激光雷达系统，提供高分辨率和远距离测量。

3. 制造业：激光在制造业中有广泛应用。

例如，激光切割机可以用于精确切割金属和非金属材料，激光焊接机可以实现高质量的焊接工艺，激光打标机可以在产品上进行纹理、标记和刻字。

4. 科学研究：激光在科学研究中也扮演重要角色。

例如，激光光谱学被广泛应用于化学和物理领域的分析和研究。

激光还可以用于量子物理实验、原子和分子物理学研究等领域。

5. 军事应用：激光在军事领域有着重要的应用。

激光器可以作为导引系统用于精确制导导弹和飞行器。

激光还可以用于激光武器系统，具有远射程、高精度和强杀伤力等特点。

综上所述，激光作为一种特殊的光束，具有高度聚焦、单色性、相干性和高能量密度等特性。

这些特性使得激光在医疗、通信、制造和科学研究等领域都得到了广泛应用。

1、激光的三个基本特点
激光是一种高度集中、强聚焦、高频率的电磁辐射波，因此具有以下三个基本特点：
1. 高强度：激光的光束具有高强度的能量，其光束可以聚焦到非常小的区域内，从
而能够产生极高的功率密度。

激光的光束经过聚焦后，能够将其能量集中到很小的空间内，实现高功率密度的能量输出。

由于激光具有高强度的能量，因此使用激光材料加工可以显
著提高加工效率。

2. 单色性：激光的光线是非常单色的光线。

激光通常只有一种波长，而且光的相位、频率、波长等参数非常稳定。

因此，激光可以非常有效地用于光学测量和光学通信等领域。

激光光线的单色性还使得它可以被用来制造光阀和光学传感器等设备。

3. 相干性：激光的光线具有相干性，即所有光的波向初始波的偏移是一致的。

这种
相干性可以使激光具有高质量的光学特性，能够保持高光强度和高能量密度。

激光使用中，其相干性可以使得激光干涉现象得到有效控制，从而实现了多种无线通信和高速网络通信
技术的开发应用。

总的来说，激光的三个基本特性，高强度、单色性和相干性，使其在许多现代科技领
域得到广泛应用，如制造业、医疗、军事、通信等领域。

简述激光的特性及应用领域激光是一种由激光介质产生的具有高度定向性、单色性、相干性和高亮度的电磁辐射。

激光的特性和应用领域广泛，下面将分别进行详细描述。

激光的特性包括：1. 高度定向性：激光具有很高的定向性，其光束呈现出非常狭窄和集中的特点。

这种特性使激光可以在长距离传播过程中保持较小的光束扩散角度。

2. 单色性：激光是一种单色光，即具有非常窄的光谱线宽。

这是由于激光介质的能级结构决定的，激光产生的光具有很高的频率稳定性。

3. 相干性：激光的光波具有高度相干性，即激光光波上的任意两个点的光波相位关系是恒定的。

这种相干性使得激光可以形成稳定的干涉和衍射效应。

4. 高亮度：激光具有高亮度，即单位面积上的功率非常大。

激光因其高亮度可以在远距离进行传播而不容易衰减。

激光的应用领域有很广泛，包括但不限于以下几个方面：1. 医疗领域：激光在医疗领域中有着广泛的应用，如激光手术、激光治疗和激光检测等。

例如，激光可以用于皮肤病激光治疗、白内障手术和视网膜手术等。

2. 通信领域：激光被广泛应用于通信技术中的光纤通信和激光雷达等领域。

激光可以通过光纤进行信息传输，具有高速、远距离传输和抗干扰性强的特点，因此在通信领域有着重要的应用。

3. 制造加工领域：激光可以用于丝印、切割、焊接、打孔和表面处理等工艺。

例如，激光切割可以用于金属制品、塑料和玻璃切割等；激光焊接可以用于汽车制造、电子工业和航空航天等领域。

4. 科学研究领域：激光在科学研究领域中得到广泛应用。

例如，激光光谱学可以用于原子和分子结构研究；激光光谱学和激光干涉技术可以用于材料表征和光学实验等。

5. 军事应用领域：激光在军事领域有着重要的应用，如激光制导导弹和激光测距仪等。

激光制导导弹可以通过激光束进行精确瞄准和追踪目标，提高命中率；激光测距仪可以用于测量目标与观测者之间的距离。

6. 激光显示技术：激光在显示技术中被广泛应用，如激光投影仪和激光显示屏等。

激光投影仪可以产生高亮度、高对比度和高分辨率的投影效果；激光显示屏可以提供更鲜艳、更真实和更逼真的图像显示。

1.什么是光波模式？答：光波模式:在一个有鸿沟条件限制的空间内，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（以某一波矢为标记）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:在分歧的空间点上、在分歧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：相干光能发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，这种平衡必定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。

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hv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自己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整齐纷歧，所以各列光波频率虽然相同，均为v，各列光波之间没有固定的相位关系，各有分歧的偏振方向，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。

激光原理复习提纲1、激光的基本特性：单色性好；方向性好；强度高；相干性好。

2、原子能级与简并度答：原子能级：电子在原子系统中运动时，可以处在一系列不同的壳层状态运动时，相应地有一系列分立的不连续的能量。

简并度：两个或两个以上的不同运动状态的电子可以具有相同的能级,这样的能级叫做简并能级。

同一个能级所对应的不同电子运动状态的数目，叫作简并度。

3、热平衡时的能级粒子数分布答：4、能级的三个跃迁过程，特征和跃迁几率、爱因斯坦系数5、自然增宽、碰撞增宽、多普勒增宽、均匀增宽、非均匀增宽以及其影响因素6、产生激光的三个必要条件答：1.激励能源；2.亚稳态物质；3.光学谐振腔。

7、光学谐振腔的稳定条件，什么是稳定腔和非稳腔，什么是自再现模。

答：稳定腔：腔中任一束傍轴光线经过任意多次往返传播而不逸出腔外的谐振腔。

非稳腔：腔中任一束傍轴光线经过任意多次往返传播会逸出腔外的谐振腔。

自再现模：光束在谐振腔经过多次反射，光束的横向场分布趋于稳定，场分布在腔内往返传播一次后再现出来，反射只改变光的强度大小，而不改变光的强度分布。

8、能画出圆形镜、方形镜几个横模的光斑花样答：9、三能级系统和四能级系统，粒子的抽运跳跃过程，以及两者区别(P48)区别: 比起三能级系统来，四能级系统对光激励能量的要求就没那么高。

10、什么是粒子数反转？如何实现答:粒子数反转：把处于基态的原子大量激发到亚稳态E2，处于高能级E2的原子数就可以大大超过处于低能级E1的原子数，从而使之产生激光。

（1）、泵浦功率大，抽运速率必须足够快（2）、有亚稳态能级存在，且能级寿命长的好。

11、什么是增益？什么是小信号增益？什么是增益饱和答：光的放大叫做增益。

小信号增益是在入射光的光强很小时的增益。

增益饱和：当入射光的光强增大到一定程度后，增益系数随着光强的增大而减少。

12、什么是烧孔效应，什么是兰姆凹陷。

其产生机制是什么？答：增益系数在和处下降的现象称为增益系数的”烧孔效应”13、激光器的损耗有那些？是什么原因造成的答：内部损耗：在增益介质内部由于成分不均匀，粒子数密度不均匀，或者有缺陷，光波通过这样的节制时就会发生折射、散射，使部分光波偏离原来的传播方向，造成光能量的损耗。