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1、总复习,考试范围：一、二、四、五、六、七,考试题型：填空题、简答题，问答题、计算题,考试时间：2015. 7. 1,10:00-12:00 (18周周三上午第二大节）,考试地点：应物: 逸夫楼203 光信: 逸夫楼201,引言,1.形成激光的三个条件： （一般激光器由那几部分构成） 2.激光的特性：,第一章 激光的基本原理,1. 光子的基本性质,2. 了解光波模式与光子状态、相格体积与相干体积的关系,3. 光子简并度的含义,一、相干性的光子描述,重点：光与物质的三种相互作用，光的受激辐射的放大，光的自激振荡,3、受激辐射的相干性 受激辐射与自发辐射的区别,1. 激光器的基本思想主要包含的两个重
2、要部分。,三、光的受激辐射放大,2.A21、B21、B12的相互关系,1. 光（辐射场）和物质原子相互作用的三种过程：自发辐射、受激吸收、受激辐射的概念,二、光的受激辐射基本概念,2. 实现光放大的条件集居数反转,四、光的自激振荡,1. 光的自激振荡概念 2. 光谐振腔的作用（两点） 3. 激光器的振荡条件 或,五、激光的特性 激光的四性,小信号情况下,3. 增益系数的定义,第二章 开放式光腔与高斯光束,重点：1.开腔模式的一些物理概念 2.对称共焦腔的模式问题 3.高斯光束的基本性质和特征参数。,前言：1. 光谐振腔的作用 2. 根据几何偏折损耗的高低，开放式光腔可以分为那几类？分作稳定腔、
3、临界腔和非稳腔,一、光腔理论的一般问题,1.光腔的构成和分类,光学谐振腔的概念,2. 模式概念及腔和模之间的一般关系,1）开腔中模式的表征 一个模式同时属于一个横模和一个纵模。 模式表示方法： TEMmnq,2）计算纵模频率和纵模间隔,3. 光腔的损耗,1）分类,2）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,二、共轴球面腔的稳定性条件,1. 腔内光线往返传播的矩阵表示,1）傍轴光线的坐标描述和矩阵描述,自由空间的平移矩阵,球面镜的反射矩阵Tr,对于薄透镜有类似的关系,光传输中，r ,可能发生变化，而变化后的r ,可用一个ABCD传输矩阵与初始光线的矩阵相乘得到。,2、共轴球
4、面腔的稳定性条件,稳定腔,非稳定腔,临界腔,对于共轴球面腔,三、开腔模式的物理概念和衍射理论分析方法,1.自再现模定义,2.复常数 的物理意义,五、方形镜共焦腔的自再现模,1.对称共焦腔的定义：满足条件R1=R2=L的谐振腔,2. 镜面上场的振幅和位相分布厄米高斯近似,1）基模: TEM 0 0，高斯型,光斑半径,2）高阶横模,m、n的意义?,基模高斯光束腰斑半径：,3、等相位面的分布,光斑半径随z按照双曲线规律变化。,2、光斑尺寸,1、方形镜对称共焦腔的行波场 厄米-高斯光束,六、方形镜共焦腔的自再现模,七、圆形镜共焦腔,1.圆形镜共焦腔模式的积分方程有严格的解析解超椭球函数！,2、当 时，
5、可用拉盖尔高斯近似,1)模的振幅分布,基模 ,高斯型,高阶模,m、n的意义?,3、圆形镜对称共焦腔的行波场 拉盖尔-高斯光束,八、一般稳定球面镜腔的模式特征,1.将共焦腔的模式理论推广到一般稳定球面镜腔,稳定球面腔与共焦腔的两个等价性。,九、高斯光束的基本性质和特征参数,1. 基模高斯光束,等相面曲率半径,光斑尺寸,共焦参数,光腰半径,2.基模高斯光束的特征参数,1）用 (或 f )及束腰位置表征,2）用 及 表征,3）高斯光束的q 参数,十、高斯光束q参数的变换规律,ABCD公式,自由空间,薄透镜(透镜焦距为F）,第四章 电磁场和物质的共振相互作用,一、 谱线加宽和线型函数,1.谱线加宽的定
6、义,2.线性函数定义、性质，最大值，谱线宽度,3.引起谱线加宽的物理机制,均匀加宽、非均匀加宽、综合加宽,重点：1.谱线加宽，线性函数 2.典型激光振荡速率方程 3.均匀加宽、非均匀加宽工作物质的增益系数,c. 总的均匀加宽线型函数洛仑兹函数,2）非均匀加宽 a.定义， b.分类:多普勒加宽、晶格缺陷加宽,c.多普勒加宽线型函数高斯函数,1）均匀加宽 a.定义， b.分类:自然加宽、碰撞加宽、晶格振动加宽,1、单模振荡速率方程组,三能级系统、四能级系统的能级图，速率方程，过程简介,三、均匀加宽工作物质的增益系数,1、反转集居数饱和,二、典型激光器的速率方程,2、饱和光强的物理意义,3、增益饱和
7、,1）增益饱和现象,2）增益系数公式,四、非均匀加宽工作物质的增益系数,4）强光作用下增益曲线,2）增益系数公式,3）反转集居数“烧孔效应”,4）强光作用下增益曲线,第五章 激光振荡特性,0. 激光器分类(工作方式按泵浦方式分类),连续激光器，脉冲激光器,一、激光器的振荡阈值,1.激光器自激振荡的阈值条件,或,2. 阈值泵浦功率（能量）,四能级系统激光器阈值能量低于三能级系统,重点：激光器的振荡模式，弛豫振荡,二、激光器的振荡模式,1.均匀激光器中的模竞争 增益曲线的均匀饱和导致单纵模输出 2.空间烧孔效应导致多纵模输出 3.非均匀加宽激光器为多纵模输出,三、输出光功率与能量,兰姆凹陷的定义，
8、成因,四、激光器的弛豫振荡,1. 弛豫振荡的定义,2. 弛豫振荡的定性解释,五、单模激光器的线宽极限,单模激光器线宽极限的物理原因:自发辐射,第六章 激光放大特性,一、激光放大器的分类,按时间特性分类,按工作方式分类:,按功能分类:,光激励方式:,纵向激励：掺铒光纤放大器,横向均匀激励：固体激光放大器,二、放大的自发辐射,放大的自发辐射是介于 激光与荧光之间的过渡状态。,第七章 激光器特性的控制与改善,1. 改善激光器输出光的时间相干性或空间相干性,模式选择，稳频 ，注入锁定,2. 获得窄脉冲高峰值功率的激光束,Q调制 ，增益开关，锁模,一、 模式选择,1. 选模意义：基横模，单纵模,2.横模
9、选择,重点： Q调制，锁模,2）横模选择原则,尽量加大高阶模和基模之间的衍射损耗差,3. 纵模选择,扩大相邻纵模的增益差或人为引入损耗差,二、频率稳定,1 稳频基本原理：稳定谐振腔光学长度,2 稳频方法 兰姆凹陷， 饱和吸收， 塞曼稳频， F-P标准具,不同的横模有不同的衍射损耗,1）横模选择的物理基础：,三、 Q 调制,1、 Q 调制的激光器工作原理基本原理,2、调Q方法,转镜调Q，声光调Q，电光调Q，染料调Q,四、注入锁定,光强弱、性能优良的激光束控制强激光器输出光束的光谱特性、模式相位特性及空间特性。,五 锁 模,1、锁模的基本原理,使各纵模相邻频率间隔相等，固定 ， 相邻位相差为常量。,2、锁模脉冲特性,(1)激光器的输出的周期：=2L/c,(2)脉冲的宽度 ：,(3)输出脉冲的峰值功率正比于,The End,
