复习提纲
2011年10月
第一章 激光产生的基本原理
一.
相干性的光子描述（概念、概念~~~） 1. 光波的模式和光子态的概念、统一性：模式的概念、光子态的概念、基本推导过程。（注意看pps 文件。）
2. 光子的相干性如何描述？（相干时间、相干长度、相干体积、时间相干性、空间相干性、光子的简并度）。
3. 一种光波模式和一种光子态在相空间中均占据一个相格3
h 。二者是等价的
4.
光子简并度越大，则相干光强越大。 二.
光的受激辐射基本概念 1.
热辐射、黑体辐射、近似黑体的定义；黑体辐射的Plank 公式； 2. 光与物质相互作用的三种主要的过程是什么？各自的特点是什么？几个系数之间的关系是什么？掌握每一种数学表示方法！!!!!
三.
光的受激辐射放大与振荡（重点复习） 1. 如何理解小信号系统、大信号系统、增益饱和、光强放大的过程、增益系数、增益曲线、粒子数反转和阈值条件的推导？理解光在工作物质中的增益系数的定义和表达式。
处于粒子数反转状态的物质——激活介质、激光介质或增益介质； 增益系数：表示光通过单位长度激活介质后光强增长的百分数；0ln 1I I L G 当(n 2-n 1)不随着z 的变化而变化，而且I 0很小，G 0可以认为是常数，这种情况称为小信号增益。（增益曲线）
当(n 2-n 1)随着z 的变化而变化，称为大信号增益，用G 00表示；增益饱和现象
激光上能级粒子数n 2减小到小信号时的1/2时候对应的光强 I 就是饱
和光强I S ；S
I I G I G +=1)(0
如果在增益介质中光强始终满足条件I<
=α 阈值条件为：210ln 21)(r r L
z G total -
=≥αα
2. 激光的产生具备的两个条件是什么？
粒子数反转；增益大于损耗 当能量为h ?21=E 2-E 1的光子通过增益介质时，引起的受激辐射将超过受激吸收，使得输出的光能量大于入射的光能量，增益介质对光进行了放
3. 理解粒子数反转过程、光放大过程、增益饱和过程、激光振荡过程（激
光器）和微波激射器的区别；
当激光放大器的长度足够大时，它可能成为一个自激振荡器
4. 完整叙述叙述从粒子数反转到阈值条件到最后形成激光振荡的整个过
程。
四. 激光器的基本组成
泵浦源、增益介质、谐振腔、其他元件；
五. 两类能级系统
激活粒子系统主要归结为哪两类？每一类中典型代表激光器是什么激光器？
三能级：红宝石激光器、氩离子激光器；四能级：氦氖激光器、二氧化碳激光器、Nd:YAG 激光器。
六. 激光的四大特性
1.激光的四大特性是什么？
单色性好、方向性好、相干性好、高强度
2.影响单色性和方向性的因素分别是什么？
方向性越好，则光束的空间相干性越好。
根据光的衍射理论，任何光通过输出孔径时都要产生衍射，衍射角的大小与光波长成正比，与孔的直径成反比
方向性越好、空间相干性程度越高;方向性（发散角）受衍射极限的限制
模数对相干性的影响
横模数减少，θ
∆变小，空间相干性越高，反之亦然
纵模数减少，θ
∆变小，时间相干性越高，反之亦然
为了提高激光器的空间相干性，首先限制激光器工作在TEM00单横模；其次，合理选择光腔的类型以及增加腔长以利于提高光束的方向性。
第二章光学谐振腔
一. 第1节和第2节
1.光学谐振腔有哪两种作用？分类是怎样的？
光谐振腔的作用是提供轴向光波模的正反馈及保证激光器的单模振荡；
分类：闭腔；气体波导腔；开腔；按几何损耗的高低分：稳定腔、非稳腔、临界腔。
2.对于开腔，常用的处理方法有几种？
几何光学分析法、矩阵光学分析法、波动光学分析法
3.谐振腔内的模式与谐振腔的关系是怎样的？
谐振腔的模式:谐振腔内允许或可能存在的电磁波的本征态（光波模式）或腔内可能区分的光子的状态（光子态）。
关系：腔的参数确定后，则模的特征就由麦氏方程组及腔的边界条件唯一地确定。
4.描述腔内模式的基本特征有哪些？
电磁场分布、谐振频率、相对功率损耗、发散角
5.横模与纵模的基本概念、区别，如何理解自再现模（孔阑传输线）？谐
振的条件是什么？
谐振条件：nL c
q q 2=υ；纵模间隔：'
221L c nL c q q q ==-=∆+υυυ 6. 纵模的个数与哪两个因素有关？
工作物质的荧光线宽和腔长
7. 光腔的损耗分类、描述（平均单程损耗因子、光子在腔内的平均寿命、无源腔的Q 值、无源腔的本征纵模线宽）以及和模式的对应关系。
(1)几何损耗；（2）衍射损耗；（3）腔镜反射不完全引起的损耗；（4）内损耗
光腔的损耗可用平均单程损耗因子δ、光子在腔内的平均寿命R τ、无源腔的本征纵模线宽c υ∆、无源腔的Q 值描述。
8. 腔内光子的平均寿命τ、Q 、c ν∆、平均单程损耗因子之间的关系。 损耗越大，δ 越大，R τ越短，c υ∆越宽，Q 值越小。
二. 第3节
1. 几种简单的光线传播矩阵表示，理解ABCD 矩阵
折射矩阵：⎪⎪⎭⎫ ⎝
⎛=21n n n T 001 球面反射矩阵：⎪⎪⎭
⎫ ⎝⎛=1T r R 2-01
3. 理解Sylvester 定理，理解共轴球面腔的稳定条件、稳定性简易判别方法、稳
定区图的指示意义。
往返矩阵与初始坐标无关，可用来描述任意傍轴光线在腔中的传播行为。
