激光原理及应用名词解释大题知识点总结考试专用

第一章1、自发辐射：在没有外界影响时，它们会自发的从高能级E2向低能级E1跃迁，同时放出能量为hu的光子，这种与外界影响无关的、自发进行的辐射称为自发辐射。

2、受激辐射：如果原子系统的两个能级E2和E1满足辐射跃迁选择定则，当受到外来能量hu=E2-E1的光照射时，处在E2能级的原子有可能受到外来光的激励作用而跃迁到较低的能级E1上去，同时发射一个与外来光子完全相同的光子。

3、自发辐射和受激辐射的区别：①自发辐射是非相干光，受激辐射是相干光。

②自发辐射跃迁几率就是自发辐射本身，而受激辐射的跃迁几率决定于受激辐射系数与外来光单色辐射能量密度的乘积。

③当受激辐射系数B21一定时，外来光的单色辐射能量密度越大，受激辐射几率越高。

4、受激吸收：处于低能级E1的原子受到一个外来光子的激励作用，完全吸收该光子的能量而跃迁到高能级E2的过程，叫作受激吸收。

5、自发辐射、受激辐射、受激吸收之间的关系：在光和大量原子系统的相互作用中，三者之间三种过程是同时发生的。

A21n2dt+B21n2ρvdt=B12n1ρvdt（自发辐射光子数+受激辐射光子数=受激吸收光子数）6、自然增宽:在不受外界影响时，处于激发态的粒子会自发的向低能态跃迁。

也就是说，在自发辐射发光过程中，能量不断衰减，电偶极子的正负中心不再做简谐振动，从而导致光谱线有一定的宽度，叫做自然增宽。

(洛伦兹线型函数)7、均匀增宽介质和非均匀增宽介质的区别:均匀增宽：(1)自然加宽（普遍存在，但在固体工作物质中可忽略）—源于不确定性原理(2)碰撞加宽（存在于气体工作物质中）—源于气体分子碰撞导致的上能级粒子寿命变化(3)晶格振动加宽（存在于固体工作物质中）—源于固体中激光工作粒子在晶格附近的热振动。

非均匀增宽：(1)多普勒加宽（存在于气体工作物质中）——源于工作物质不断地运动而产生的多普勒频移(2)晶格缺陷加宽（存在于固体工作物质中）——源于固体加工时内部产生的晶格缺陷导致工作粒子所处状态不完全相同8、光谱线宽度:通常定义Δv=v2-v1,即相对光强为最大值的1/2处的频率间隔叫做光谱线的半(值)宽度，简称光谱线宽度。

9、碰撞增宽:是由于发光原子间的相互作用造成的，对于气体激光器而言，由于大量气体做无规则的热运动，他们之间会频繁地发生碰撞，结果是原来处于激发状态的原子有可能无辐射跃迁到其他能级，这也就相当于缩短了原子激发状态的寿命，使原子发光中断或光波相位发生突变，这种由于原子碰撞引起的增宽称为碰撞增宽。

(洛伦兹线型函数)10、多普勒增宽:在大量同类原子发光时，气体原子的热运动是无规则的，原子的运动速度各不相同，不同速度的原子所发出的光被接收时的频率也不同，因而引起谱线频率增宽。

（高斯线型函数）11、均匀增宽:光源中每个发光粒子由于某种物理因素的影响，使光谱线在原来的自然线宽基础上又加宽了，而中心频率保持不变，每一发光粒子对谱线加宽完全一样，不能把线型函数上的某一特定频率和某些特定粒子联系起来。

12、非均匀增宽:由于某些物理因素的影响，使得光源中某些发光粒子的中心频率发生变化，不同发光粒子因所处物理环境不同，造成中心频率的变化也不同，这样就会使各个发光粒子光谱线叠加而成的光源光谱线会加宽,光谱线的线型函数不再与单个粒子的光谱线线型函数相同，取决于各个发光粒子中心频率的分布，这种谱线加宽称为非均匀加宽。

13、非均匀加宽的特点:原子体系中不同发光粒子只对谱线内与其表现中心频率相应的部分有贡献。

14、非均匀加宽最典型的代表就是气体激光器中的多普勒增宽。

15、激光产生必须具备的三个条件:①有提供放大作用的增益介质作为激光工作物质，其激活粒子(原子、分子、离子)有适合于产生受激辐射的能级结构②有外界激励源，将下能级的粒子抽运到上能级，使激光上下能级之间产生粒子数反转③有光学谐振腔，增长激活介质的工作长度，控制光束的传播方向，选择被放大的受激辐射光频率以提高单色性。

16、光学谐振腔:光波在其中来回反射从而提供光能反馈的空腔。

激光器的必要组成部分，通常由两块与激活介质轴线垂直的平面或凹球面反射镜构成。

17、光学谐振腔的作用:提高光能密度，控制光的传播方向，输出有极好的方向性。

18、激光的特点:方向性好，相干性好，亮度高。

第二章1、共轴球面腔的稳定性条件: 0<(1-L/R1)(1-L/R2)<12、稳定腔:双凹稳定腔、平凹稳定腔、凹凸稳定腔、共焦腔、半共焦腔。

临界腔:平行平面腔、共心腔、半共心腔。

3、小信号工作状态：参数Δn^0对应着激光谐振腔尚未发出激光时的状态叫做小信号工作状态，而参数Δn^0就被称作是小信号工作时的粒子数密度反转分布。

4、均匀增宽型介质粒子数密度反转分布的饱和效应：当腔内光强的影响不能忽略时，粒子数密度反转分布值将随光强的增加而减小的现象。

5、均匀增宽介质的增益系数G ：标志介质受激放大能力的物理量。

6、均匀增宽介质的增益饱和：在抽运速率一定的条件下，当入射光的光强很弱时，增益系数是一个常数；当入射光强增大到一定程度后，增益系数随光强增大而减小的现象。

7、均匀增宽介质和非均匀增宽介质的增益饱和区别：频率为v1、强度为I 的光波使非均匀增宽型介质发生增益饱和的速率要比对均匀增宽型介质的情况缓慢；光强为I 的光波使均匀增宽型介质对各种频率光波的增益系数都下降同样的倍数，而对非均匀增宽型介质光强为I 的光波只能引起以光波频率为v1为中心频率、频宽范围内的增益系数下降，而且孔内不同频率处增益系数下降的值不同。

8、介质在小信号时的粒子数密度反转分布值：1119、非均匀增宽型介质的小信号增益系数：11110、非均匀增宽型介质稳定情况下的增益饱和：在非均匀增宽型介质中，频率为v1、强度为I 的光波只在附近宽度为（I+I/Is ）Δv 的范围内有增益饱和作用。

11、激光器的损耗分类:增益介质内部损耗和镜面损耗。

12、增益介质内部损耗:由于成分不均匀、粒子数密度不均匀或有缺陷而使光产生折射、散射，使部分光波偏离原来的传播方向，以及其他对光能的吸收，造成光能量损耗。

13、镜面损耗:镜面的散射、吸收，由于光的衍射便光束扩散到反射镜面以外造成的损耗以及由镜面上透射出去作为激光器的有用输出部分。

14、形成激光所要求的增益系数的条件为（阈值条件）（增益与损耗关系）G>=a 总 G 阈＝G^0/1+IM/Is ＝a 总。

第三章1、自再现模:开腔镜面上的经一次往返能再现的稳态场分布称为开腔的自再现摸。

2、纵模序数：Vmnq ＝qc/2uL3、纵模频率间隔：△Vq ＝Vq+1-Vq ＝c/2uL4、00TEM 是基横模，当m ＝0，n ＝0时，基横模TEM00场分布为πλ/000022L y x e C u +-=可见镜面上的场分布与镜面的半宽度a 无关，沿横向的分布是高斯型分布。

5、方形镜共焦腔单程附加相移为2/)1(πφ++=∆n m mn ，可见其附加相位超前，其超前量随横模阶数而变。

6、高斯光束①束腰半径②相位分布③远场发散角④高亮度⑤波阵面曲率半径⑥光束有效截面半径⑦镜面光束半径7、稳定球面腔与等价对称共焦腔关系：任意一个满足稳定性条件的球面腔只可唯一的与一个对称共焦腔等价。

8、均匀增宽型介质与非均匀增宽型介质区别：非均匀增宽型介质对腔内各纵模的增益系数仅受本纵模光强的影响，基本上与其他纵模的光强无关。

第四章1、纵模竞争:通过增益的饱和效应，使某个纵模逐渐把别的纵模的振荡抑制下去，最后只剩下该纵模的振荡的现象。

2、单纵模选取的方法:短腔法、法布里—珀罗标准具法、三反射镜法。

3、短腔法:缩短腔长，使△vq的宽度大于增益曲线阈值以上所对应的宽度。

4、短腔法优缺点:优点:方法简单。

缺点:腔长受到限制，工作物质长度受限制，从而限制输出功率。

当谱线荧光宽度很宽时，就要使腔长很短，激光工作物质的长度则要缩短，难于实现粒子数反转和激光输出。

5、法布里-珀罗：在外腔激光器的谐振腔内，沿几乎垂直于腔的轴方向插入一个法布里-珀罗标准具。

6、法布里—珀罗标准具法优缺点:由于标准具总要带来透射损失，因此此方法对低增益激光器不太合适，但对高增益激光器十分有效.7、损耗分为两种:与横模阶数有关的衍射损耗、其他损耗。

8、单横模选取:光阑法、聚焦光阑法、腔内望远镜法9、激光调制:利用激光作为载波携带低频信号进行调制的过程。

10、激光调制分为内调制、外调制。

调制方法有强度调制，相位调制11、电光强度调制:利用晶体的电光效应，可控制光在传播过程中的强度12、电光相位调制:外加电场产生的光电效应不再对光强进行调制，而是改变偏振光的相位13、偏转技术的分类:机械偏转、电光偏转、声光偏转。

14、机械偏转:是利用反射镜或棱镜等光学元件的旋转或振动，改变反射光或折射光的方向，从而获得光束偏转的方法。

15、电光偏转:利用泡克耳斯效应，通过施加在电光晶体上的电场来改变晶体的折射率，使光束偏转。

16、声光效应:超声波通过介质时会造成介质的局部压缩和伸长而产生弹性应变，该应变随时间和空间作周期性变化，使介质出现疏密相同的现象，如同一个相位光栅。

当光通过这一受到超声波扰动的介质时就会发生衍射现象，这种现象称为声光效应。

17、衍射光最强条件：是入射光满足布拉格条件。

18、品质因数Q:激光谐振腔的性能指标，与中介质的增益系数无关。

（谐振腔的损耗大，Q 值低，损耗小，Q值高；与腔长无关）19、Q与单程损耗：Q=2πW/P=2π/λa总20、调Q的原理:当激光上能级积累的反转粒子数不多时，人为地控制激光器阈值，使其很高，抑制激光振荡的产生。

在这种情况下，由于光束的激励，激光上能级将不断地积累粒行子数。

当反转粒子数达到最大数量时，突然降低激光器的阈值。

此时亚稳态上的粒子的能量很快转换为光子能力，光子像雪崩-样以极高的速率增长，输出峰值功率高、宽度窄的激光巨脉冲。

21、调Q的分类:1）电光调Q：利用晶体的电光效应作为Q开关的原件，(控制反射损耗)。

2）声光调Q：在激光谐振腔内放置声光偏转器，当光通过介质中的超声场时，由于衍射造成的光偏折，就会增加损耗而改变Q值，(控制吸收损耗)。

3）染料调Q：利用某种材料对光的吸收系数会随光强变化的特性来达到目的，(控制衍射损耗)。

22、锁模技术:锁模技术是进一步对激光进行特殊的调制，强迫激光器中振荡的各个纵模的相位固定，使各模式相干迭加得到超短脉冲的技术。

锁模技术分类:主动锁模、被动锁模。

1、激光的生物作用机制1）激光的生物效应：激光与生物体相互作用的结果，既可能使激光参量发生改变，也可能使生物组织发生形态或功能的改变，这两类改变都称为激光生物效应。

2）第一类激光生物效应：因生物组织作用使激光参量发生改变的现象。

（激光诊断的依据）第二类激光生物效应：因激光作用使生物组织发生形态或功能的改变的现象。