激光原理與應(yīng)用教案

1、-CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)JINGBIAN激光原理與應(yīng)用教案緒論本節(jié)課教學(xué)目標(biāo)：讓學(xué)生了解激光的歷史，激光形成及發(fā)展、理論體系的形成。讓學(xué)生了解激光科學(xué)的分支及激光在軍事、信息技術(shù)、醫(yī)療等方面的應(yīng)用；本節(jié)課教學(xué)內(nèi)容：1. 激光的概念：激光一一利用受激輻射的光放大。LASERLight Amplification by Stimulated Emission of Radiation2. 激光的發(fā)現(xiàn)：最早在1917年一一Einstein首次預(yù)言受激輻射激光，歷史上首先在微波波 段實(shí)現(xiàn)量子放大（1953） , 1954 年C. H. Townes, I. P. Go

2、rden, H. J. Zeiger U 用NH3分子射束實(shí)現(xiàn)Maser向更短波長(zhǎng)進(jìn)發(fā)ammonia beam maser, 1958年A. L. Schawlow, C. H. Townes, A. M. PoxopoB 提出將 Maser 原理推廣到光波段 laser, 1960 年T. H. Maiman of Bell Lab 紅寶石首次實(shí)現(xiàn) laser l=6943A 紅 光（早期的名稱：萊塞、光量子振蕩器、光激射器受激光，激光一一錢學(xué)森 在1963年提出。61年中國(guó)（亞洲）第一臺(tái)激光器誕生在長(zhǎng)春（長(zhǎng)春光機(jī)所和 光機(jī)學(xué)院），由王之江院士發(fā)明。激光科學(xué)技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)學(xué)科一一光譜學(xué)，物理

3、光學(xué)，固體物理，物質(zhì)結(jié) 構(gòu)，無(wú)線電電子學(xué)。推動(dòng)力一一廣闊的應(yīng)用領(lǐng)域：核聚變，加工，熱處理，通 訊，測(cè)距，計(jì)量，醫(yī)療可調(diào)諧性和超短脈沖一一高時(shí)間、空間分辨、能量分 辨。3. 激光與普通光源的區(qū)別？（1）良好的單色性。單色性指光源發(fā)射的光波長(zhǎng)范圍很小，測(cè)距。（2）良好的方向性。激光的光束幾乎只沿著一個(gè)方向傳輸。測(cè)距，通信。（3）高鳧度。激光功率集中在極小的空間范圍內(nèi)。切割，手術(shù)，軍事。（4）極好的相干性。各列波在很長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)存在恒定的相位差。精確測(cè)距。 3在一種全新的物理意義上提出了光子學(xué)說(shuō)。愛(ài)因斯坦認(rèn)為光子既是粒子、同時(shí) 又是波。光在與物質(zhì)相互作用時(shí)粒子性明顯，光在傳播中則波動(dòng)性突出。光的 這種

4、粒子性和波動(dòng)性相互對(duì)立又并存的性質(zhì)，叫做光的“波粒二象性;光波是一種電磁波，是E和B的振動(dòng)和傳播。習(xí)慣上把電矢量叫做光矢 量。光速、頻率和波長(zhǎng)三者的關(guān)系C%D = = D = (A =)2 .單色平面波波面相位相同的空間各點(diǎn)構(gòu)成的面 平波面波面是彼此平行的平面.且在無(wú)吸收介質(zhì)中傳播時(shí)，波的振幅保持不 變。單色平波面具有單一頻率的平面波。實(shí)際上任何光波都不可能是全單色的，總有一定的頻率寬度。當(dāng)時(shí), 就叫準(zhǔn)單色波。簡(jiǎn)諧波理想單色平面波 簡(jiǎn)諧波方程：U =U()cosher-r) = t/0cosW-%)U =i/()COS67(f = t/0cos(3 .光子在真空中一個(gè)光子的能量為,動(dòng)量為P,則

5、它們與光波頻率,波長(zhǎng)之間的關(guān)萬(wàn) hv _ h _ h 2加 _ h r P = /70 = n.,=kc 2 2 2 2式中h是普朗克常數(shù)，h=6.63xlO-34JS本節(jié)課教學(xué)手段與方法：采用多媒體形式。用豐富的圖片來(lái)說(shuō)明光的經(jīng)典理論。2 .原子的能級(jí)和輻射躍遷本節(jié)課教學(xué)目標(biāo)：理解原子能級(jí)和簡(jiǎn)并度、原子狀態(tài)的標(biāo)記；掌握玻爾茲曼分布、輻射躍遷和非輻射躍遷本節(jié)課教學(xué)內(nèi)容：1 .原子中電子的狀態(tài)由下列四個(gè)量子數(shù)來(lái)確定(1)主量子數(shù)n, n=l, 2, 3,代表電子運(yùn)動(dòng)區(qū)域的大小和它的總能量的主 要部分。(2)輔量子數(shù)1, =叫無(wú)裂軌整的形狀和軌道角動(dòng)量，這也同電子的能量有 關(guān)。(3)磁量子數(shù)(即軌

6、道方向量子數(shù))m=0, 1, 2, 1代表軌道在空間的可 能取向，即軌道角動(dòng)量在某一特殊方向的分量(4)自旋量子數(shù)(即自旋方向量子數(shù))ms= 1/2,代表電子自旋方向的取向， 也代表電子自旋角動(dòng)量在某一特殊方向的分量2 .電子具有的量子數(shù)不同，表示有不同的電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)(1)電子的能級(jí)，依次用Eo, E, E2,En表示(2)基態(tài)：原子處于最低的能級(jí)狀態(tài)(3)激發(fā)態(tài)：能量高于基態(tài)的其它能級(jí)狀態(tài)3 .玻爾茲曼分布現(xiàn)考慮由no個(gè)相同原子(分子或離子)組成的系統(tǒng)，在熱平衡條件下，原子 數(shù)按能級(jí)分布服從波爾茲曼定律, 8 gL分別處于Em和En能級(jí)上的原子數(shù)所和所必然滿足下一關(guān)系討論：11電二 kT ,

7、以J” 12W = Sw-S kT3DO且與雙，鼠血4 .輻射躍遷和非輻射躍遷(1)輻射躍遷：發(fā)射或吸收光子從而使原子造成能級(jí)間躍遷的現(xiàn)象(2)非輻射躍遷：原子在不同能級(jí)躍遷時(shí)并不伴隨光子的發(fā)射和吸收，而是把多余的能量傳給了別的原子或吸收別的原子傳給它的能量。本節(jié)課教學(xué)手段與方法：采用多媒體形式。先復(fù)習(xí)原子的四個(gè)量子數(shù)，再對(duì)簡(jiǎn)并、簡(jiǎn)并度進(jìn)行定義。闡明在熱平衡情 況下，處于高能態(tài)的粒子數(shù)總是小于處于低能態(tài)的粒子數(shù)的這一規(guī)律。最后介 紹原子的輻射躍遷和非輻射躍遷。3 .光的受激輻射本節(jié)課教學(xué)目標(biāo)：了解光與物質(zhì)的相互作用，掌握這種相互作用中的受激輻射過(guò)程是激光器的物 理基礎(chǔ)，根據(jù)光與物質(zhì)的相互作用物

8、理模型分析空腔黑體的熱平衡過(guò)程，從而 導(dǎo)出愛(ài)因斯坦三系數(shù)之間的關(guān)系。本節(jié)課教學(xué)內(nèi)容：一、經(jīng)典的輻射理論引用偶極子的概念，反映了光的發(fā)射和吸收過(guò)程的規(guī)律;二、黑體熱輻射的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象；三、光和物質(zhì)的相互作用（重點(diǎn)、難點(diǎn)）1 .愛(ài)因斯坦粒子模型一一粒子只有間距為加二七2 一昂（&昂）的二個(gè)能級(jí)，且 它們符合輻射躍遷選擇定則。2.光頻電磁場(chǎng)與物質(zhì)的三種相互作用過(guò)程一一（1）.自發(fā)發(fā)射、（2）.受激輻 射、（3）.受激吸收以及各個(gè)過(guò)程的特點(diǎn)、系數(shù)、各系數(shù)的物理意義； 四、愛(ài)因斯坦三系數(shù)的相互關(guān)系的推導(dǎo)，五、自發(fā)輻射功率與受激輻射功率的計(jì)算（重點(diǎn)）討論:創(chuàng)造條件，增大受激輻射程度的方法。本節(jié)課教學(xué)手段：采用

9、多媒體形式。先介紹經(jīng)典的輻射理論，反映了光的發(fā)射和吸收過(guò)程的規(guī)律、再介紹黑體熱 輻射，重點(diǎn)介紹光和物質(zhì)的相互作用過(guò)程、愛(ài)因斯坦粒子模型，講解清楚電磁 場(chǎng)與物質(zhì)的三種相互作用過(guò)程的特點(diǎn)、系數(shù)、各系數(shù)的物理意義。最后導(dǎo)出自 發(fā)輻射功率與受激輻射功率的計(jì)算和比較，引導(dǎo)學(xué)生討論創(chuàng)造怎樣的條件，可 增大受激輻射程度，達(dá)到激光的目的。4.光譜線增寬本節(jié)課教學(xué)目標(biāo)：了解光譜線型對(duì)光與物質(zhì)的作用的影響，分析引起譜線加寬的各種物理機(jī) 制,并根據(jù)不同的物理過(guò)程求出g（ V , V。）的具體函數(shù)形式。本節(jié)課教學(xué)內(nèi)容：一、光譜線，線型和光譜線寬度1 .原子輻射的波不是單色的，而是分布在中心頻率（E2-Ei）/h附近一

10、個(gè)很小 的頻率范圍內(nèi)。2 .就每一條光譜線而言，在有限寬度的頻率范圍內(nèi)，光強(qiáng)的相對(duì)強(qiáng)度也不 一樣。二、自然增寬（重點(diǎn)）1 .經(jīng)典理論一一描述原子內(nèi)部電子的運(yùn)動(dòng)，其物理模型就是按簡(jiǎn)諧振動(dòng)或 阻尼振動(dòng)規(guī)律運(yùn)動(dòng)的電偶極子，稱為簡(jiǎn)諧振子。2 .衰減振動(dòng)不是簡(jiǎn)諧振動(dòng)，因此原子輻射的波不是單色的，譜線具有有 限寬度。3 .自然增寬:作為電偶極子看待的原子作衰減振動(dòng)而造成的譜線增寬。4 .自然增寬的譜線型函數(shù)：(難點(diǎn))A(v) = -一:m(%)-+(%/2)5 .量子解釋一一測(cè)不準(zhǔn)關(guān)系，對(duì)原子的能級(jí)來(lái)說(shuō)，時(shí)間的不確定值就是原子的平均壽命，則能級(jí)有一定寬度。三、碰撞增寬(重點(diǎn))1 .自然增寬是假設(shè)原子彼此孤

11、立并且靜止不動(dòng)所造成的譜線增寬。而匕/2萬(wàn)(v-v0)2 + (Avf/2)2碰撞增寬是考慮了發(fā)光原子間的相互作用造成的，碰撞使原子發(fā)光中斷或光波位相發(fā)生突變，即使發(fā)光波列縮球,(1，)=2 .碰撞增寬的譜線型函數(shù)：四、多普勒增寬多普勒增寬一一光源與接收器相對(duì)運(yùn)動(dòng)引起的頻移導(dǎo)致的譜線增寬。本節(jié)課教學(xué)手段：采用多媒體形式。先介紹原子在發(fā)輻射過(guò)程中，各種因素的影響，自發(fā)輻射并不是單色的，而 是分布在中心頻率(E2-Ei)/h附近一個(gè)很小的頻率范圍內(nèi)。引入譜線加寬的概 念。定義線型函數(shù)為一、/(v)/(v)j/(v)dv再分析引起譜線加寬的各種物理機(jī)制,并根據(jù)不同的物理過(guò)程求出/( V ) 的具體函

12、數(shù)形式。5.激光形成的條件本節(jié)課教學(xué)目標(biāo)：掌握產(chǎn)生激光的基本條件一一激發(fā)射占優(yōu)勢(shì)、產(chǎn)生激光必須具備的三個(gè)條件;本節(jié)課教學(xué)內(nèi)容：一、介質(zhì)中光的受激輻射放大（重點(diǎn)、難點(diǎn)）1 .要能形成激光，首先必須使介質(zhì)中的受激輻射大于受激吸收。2 .光束在介質(zhì)中的傳播規(guī)律3 .介質(zhì)中產(chǎn)生受激光放大的條件、增益介質(zhì)與增益系數(shù)。二、光學(xué)諧振腔和閾值條件L滿足了以上兩個(gè)條件后，還要采取什么措施使受激輻射成為增益介質(zhì)中的 主要發(fā)光過(guò)程，而不是自發(fā)輻射？2 .要使受激輻射幾率遠(yuǎn)大于自發(fā)輻射幾率，3 .光學(xué)諧振腔的作用；4 .產(chǎn)生激光必須具備的條件（重點(diǎn)）（1）激勵(lì)能源把介質(zhì)中的粒子不斷地由低能級(jí)抽運(yùn)到高能級(jí)去（2）增益介

13、質(zhì)能在外界激勵(lì)能源的作用下形成粒子數(shù)密度反轉(zhuǎn)分布狀態(tài)本節(jié)課教學(xué)手段：采用多媒體形式。介紹光放大的條件集居數(shù)反轉(zhuǎn)。一定的條件下物質(zhì)的光吸收可以轉(zhuǎn)化為 自己的對(duì)立面光放大；引進(jìn)光放大物質(zhì)的增益系數(shù)與增益曲線；再介紹 自激振蕩概念，以及激光器應(yīng)包括光放大器和光諧振腔兩部分，最后導(dǎo)出產(chǎn) 生激光必須具備的條件。第二章激光器的工作原理1 .光學(xué)諧振腔結(jié)構(gòu)與穩(wěn)定性本節(jié)課教學(xué)目標(biāo)：了解光學(xué)諧振腔的作用，它是理解激光的相干性、方向性、單色性等一系 列重要特性，進(jìn)行激光器件的設(shè)計(jì)和裝調(diào)的基礎(chǔ)，也是研究和掌握激光本技術(shù) 和應(yīng)用的基礎(chǔ)。根據(jù)幾何偏折損耗的高低.開(kāi)放式光腔可以分為穩(wěn)定腔和非穩(wěn) 腔。本節(jié)課教學(xué)內(nèi)容：一、光

14、學(xué)諧振腔結(jié)構(gòu)與穩(wěn)定性1 .光腔的作用2 .光腔的構(gòu)成和分類二、腔開(kāi)放式共軸球面光學(xué)諧振腔的構(gòu)成（重點(diǎn)）三、腔按幾何損耗（幾何反射逸出）的分類：四、共軸球面諧振腔的穩(wěn)定性條件五、軸球面諧振腔的穩(wěn)定圖及其分類（重點(diǎn)）六、穩(wěn)定圖：穩(wěn)定條件的圖示七、定圖的應(yīng)用（重點(diǎn)、難點(diǎn)）例要制作一個(gè)腔長(zhǎng)L = 60cm的對(duì)稱穩(wěn)定腔，反射鏡的曲率半徑取值范圍 如何？ （b）穩(wěn)定腔的一塊反射鏡的曲率半徑R1=4L,求另一面鏡的曲率 半徑取值范圍。本節(jié)課教學(xué)手段：采用多媒體形式。先回顧產(chǎn)生激光的必要條件，引進(jìn)對(duì)光腔問(wèn)題的研究在激光技術(shù)中具有重 要的理論和實(shí)踐意義。再介紹開(kāi)放式共軸球面光學(xué)諧振腔的構(gòu)成，并根據(jù)光 腔按幾何損

15、耗進(jìn)行分類以及光腔穩(wěn)定條件、軸球面諧振腔的穩(wěn)定圖。重點(diǎn)介 紹對(duì)稱共焦腔是最重要和最具有代表性的一種穩(wěn)定腔。最后用圖直觀地表示 穩(wěn)定條件一一穩(wěn)定圖及穩(wěn)定圖的應(yīng)用。2 .速率方程組與粒子數(shù)反轉(zhuǎn)本節(jié)課教學(xué)目標(biāo)：掌握速率方程方法以及速率方程的求解步驟，通過(guò)求解速率方程組，了解 可實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)的幾種量子系統(tǒng)。從而知道在光頻區(qū)，二能級(jí)系統(tǒng)不可能 實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)；而三能級(jí)系統(tǒng)雖然可以實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，但因?yàn)橄履芗?jí)為 基態(tài)，極易積累粒子，對(duì)抽運(yùn)的要求很高，所以不易實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)；而四 能級(jí)系統(tǒng)的下能級(jí)不是基態(tài)，故閾值抽運(yùn)強(qiáng)度比三能級(jí)系統(tǒng)小，有時(shí)甚至可以小34個(gè)數(shù)量級(jí)，所以四能級(jí)系統(tǒng)較容易實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)。本節(jié)課

16、教學(xué)內(nèi)容：一、二能級(jí)三能級(jí)系統(tǒng)和四能級(jí)系統(tǒng)（重點(diǎn)）畫出各能級(jí)系統(tǒng)能級(jí)圖、列出各能級(jí)系統(tǒng)能的速率方程組，求解速率方程 組，從而得到數(shù)學(xué)解和物理解；分析各能級(jí)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)解和物理解，得出結(jié)論一一二 能級(jí)系統(tǒng)不可能產(chǎn)生激光，而四能級(jí)系統(tǒng)產(chǎn)生激光要比三能級(jí)系統(tǒng)容易得多。二、考慮譜線增寬再討論以上情況。（重點(diǎn)）三、穩(wěn)態(tài)工作時(shí)的粒子數(shù)密度反轉(zhuǎn)分布四、小信號(hào)工作時(shí)的粒子數(shù)密度反轉(zhuǎn)分布1 .小信號(hào)粒子數(shù)密度反轉(zhuǎn)分布2 .小信號(hào)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)的物理?xiàng)l件五、均勻增寬型介質(zhì)的粒子數(shù)密度反轉(zhuǎn)分布（難點(diǎn)）六、均勻增寬型介質(zhì)粒子數(shù)密度反轉(zhuǎn)分布的飽和效應(yīng)（難點(diǎn)）本節(jié)課教學(xué)手段：采用多媒體形式。先回顧實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)的兩個(gè)必要條件，

17、引入速率方程方法，求解速率方程 組，分析粒子系統(tǒng)能否實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)的數(shù)學(xué)解，確定粒子數(shù)反轉(zhuǎn)的物理?xiàng)l 件。進(jìn)一步討論穩(wěn)態(tài)工作時(shí)的粒子數(shù)密度反轉(zhuǎn)分布，導(dǎo)出小信號(hào)粒子數(shù)反轉(zhuǎn) 的物理?xiàng)l件，再研究均勻增寬型介質(zhì)的粒子數(shù)密度反轉(zhuǎn)分布!,討論與 各種因素的關(guān)系，引出飽和效應(yīng)的概念、飽和原因。最后導(dǎo)出飽和光強(qiáng) （飽和參量）人的物理意義。3.均勻增寬介質(zhì)的增益系數(shù)和增益飽和本節(jié)課教學(xué)目標(biāo)：從速率方程出發(fā)導(dǎo)出激光工作物質(zhì)的增益系數(shù)表示式，分析影響增益系數(shù)的各 種因素，著重討論光強(qiáng)增加時(shí)增益的飽和行為，導(dǎo)出的增益系數(shù)表示式。從而得到結(jié)果一一在均勻加寬譜線情況下，由于每個(gè)粒子對(duì)譜線不同頻率處的增益 都有貢獻(xiàn)，所以當(dāng)某

18、一頻率（V D的受激輻射消耗了激發(fā)態(tài)的粒子時(shí)也就減少 了對(duì)其他頻率（V ）信號(hào)的增益起作用的粒子數(shù)。其結(jié)果是增益在整個(gè)譜線上 均勻地下降。于是在均勻加寬激光器中，當(dāng)一個(gè)模振蕩后，就會(huì)使其他模的增 益降低，因而阻止了其他模的振蕩。本節(jié)課教學(xué)內(nèi)容一、均勻增寬介質(zhì)的增益系數(shù)二、增寬飽和：在抽運(yùn)速率一定的條件下，當(dāng)入射光的光強(qiáng)很弱時(shí)，增益系 數(shù)是一個(gè)常數(shù)；當(dāng)入射光的光強(qiáng)增大到一定程度后，增益系數(shù)隨光強(qiáng)的增大 而減小。三、對(duì)增益飽和分幾種情況討論（重點(diǎn)）例.He-Ne 激光器中，Ne 原子數(shù)密度o=i+2=1O12 cm-3, 1 伏v）= 15X 109 除 1- X = 0.6328pm, =10-

19、7s, g2 = 3, gl=5,又知 E?、Ei 能級(jí)數(shù)密度之比為 4,求此介質(zhì)的增益系數(shù)G值。本節(jié)課教學(xué)手段：采用多媒體形式。從速率方程出發(fā)導(dǎo)出激光工作物質(zhì)的增益系數(shù)表示式，分析影響增益系數(shù)的各 種因素，著重討論光強(qiáng)增加時(shí)增益的飽和行為。讓學(xué)生明確：在均勻加寬譜線 情況下，由于每個(gè)粒子對(duì)譜線不同頻率處的增益都有貢獻(xiàn)，所以當(dāng)某一頻率M） 的受激輻射消耗了激發(fā)態(tài)的粒子時(shí).，也就減少了對(duì)其他頻率信號(hào)的增益起 作用的粒子數(shù)。其結(jié)果是增益在整個(gè)譜線上均勻地下降。于是在均勻加寬激 光器中，當(dāng)一個(gè)模振蕩后，就會(huì)使其他模的增益降低，因而阻止了其他模的振 蕩。4,非均勻增寬介質(zhì)的增益飽和本節(jié)課教學(xué)目標(biāo)：因?yàn)?/p>

20、具有均勻加寬譜線和具有非均勻加寬譜線的工作物質(zhì)的增益飽和行為有很大差別，由它們所構(gòu)成的激光器的工作特性也有很大不同,因此將分別予 以討論。所以必須掌握非均勻增寬介質(zhì)的特點(diǎn)，即不同發(fā)光粒子只對(duì)光源光 譜線的相應(yīng)部分有貢獻(xiàn)。從而導(dǎo)出的增益系數(shù)表示式以及反轉(zhuǎn)粒子數(shù)一一 燒孔效應(yīng)。分析可以得到：光波I使均勻增寬型介質(zhì)對(duì)各種頻率的光波的增 益系數(shù)都下降同樣的倍數(shù)：而對(duì)沖.均勻增寬型介質(zhì)它只能引起某個(gè)范圍內(nèi)的 光波的增益系數(shù)下降，并且下降的倍數(shù)不同。本節(jié)課教學(xué)內(nèi)容：一、非均勻增寬介質(zhì)的增益飽和1 .由子介質(zhì)內(nèi)的粒子在作紊亂的熱運(yùn)動(dòng)，粒子運(yùn)動(dòng)的速度沿腔軸方向的分量 滿足麥克斯韋速度分布律。2 .因?yàn)樵诜蔷鶆?/p>

21、增寬工作物質(zhì)中，每一種特定類型的粒子，只能同某一定頻 率v的光相互作用。因此反轉(zhuǎn)粒子數(shù)密度按頻率y有一個(gè)分布.二、增益系數(shù)的計(jì)算（重點(diǎn)、難點(diǎn)）方法:把一條非均勻增寬譜線看作大量線寬極窄的均勻增寬譜線的疊加。三、非均勻增寬介質(zhì)穩(wěn)態(tài)粒子數(shù)密度反轉(zhuǎn)分布四、反轉(zhuǎn)粒子數(shù)燒孔效應(yīng)（重點(diǎn)）五、非均勻增寬介質(zhì)穩(wěn)態(tài)情況下的增益飽和本節(jié)課教學(xué)手段：采用多媒體形式。先回顧非均勻增寬特點(diǎn)一一不同發(fā)光粒子只對(duì)光源光譜線的相應(yīng)部分有貢 獻(xiàn)。分析影響增益系數(shù)以及粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布的各種因素,讓學(xué)生明確：因?yàn)樵?非均勻增寬工作物質(zhì)中，每一種特定類型的粒子，只能同某一定頻率v的光 相互作用。因此反轉(zhuǎn)粒子數(shù)密度按頻率v有一個(gè)分布.著

22、重講解非均勻增 寬增益系數(shù)的計(jì)算，方法是:把一條非均勻增寬譜線看作大量線寬極窄的均勻 增寬譜線的疊加。再介紹非均勻增寬介質(zhì)穩(wěn)態(tài)粒子數(shù)密度反轉(zhuǎn)分布、非均勻 增寬介質(zhì)穩(wěn)態(tài)情況下的增益飽和。引進(jìn)一一燒孔效應(yīng)的概念。讓學(xué)生了解到 （燒孔面積）常用來(lái)估算輸出激光功率。5.激光器的損耗與閾值條件本節(jié)課教學(xué)目標(biāo):如果諧振腔內(nèi)工作物質(zhì)的某對(duì)能級(jí)處于集居數(shù)反轉(zhuǎn)狀態(tài)，則頻率處在它的 譜線寬度內(nèi)的微弱光信號(hào)會(huì)因增益而不斷增強(qiáng)。另一方面，諧振腔中存在的 各種損耗，乂使光信號(hào)不斷衰減。能否產(chǎn)生振蕩，取決于增益與損耗的大小。 本節(jié)III增益飽和效應(yīng)出發(fā)估算穩(wěn)態(tài)工作時(shí)的腔內(nèi)平均光強(qiáng)，推導(dǎo)激光器自激 振蕩的閾值條件。并在此基

23、礎(chǔ)上給出粗略估算輸出功率的方法。本節(jié)課教學(xué)內(nèi)容：一、損耗1 .內(nèi)部損耗一一增益介質(zhì)內(nèi)部由于成分不均勻、粒子數(shù)密度不均勻或有 缺陷而使光產(chǎn)生折射、散射等使部分光波偏離原來(lái)的傳播方向，造成光能量 的損耗。2 .鏡面損耗二、激光器內(nèi)形成穩(wěn)定光強(qiáng)的過(guò)程（重點(diǎn)）三、閾值條件四、對(duì)介質(zhì)能級(jí)選取的討論例：實(shí)驗(yàn)測(cè)得He-Ne激光器以波長(zhǎng)入=0.6328卜工作時(shí)的小訊號(hào)增益系數(shù)為 Go = 3xlO-4/d（cm-l）, d為腔內(nèi)毛細(xì)管內(nèi)徑（cm）。以非均勻增寬計(jì)算腔內(nèi)光 強(qiáng)Z=50W / cmz的增益系數(shù)G（設(shè)飽和光強(qiáng)Zs=30W / cm2時(shí)，d=lmm）,并 問(wèn)這時(shí)為保持振蕩穩(wěn)定，兩反射鏡的反射率（設(shè)門=

24、-2,腔長(zhǎng)0.1m）最小為多 少（除透射損耗外，腔內(nèi)其它損耗的損耗率a內(nèi)=9x104cm）乂設(shè)光斑面積4=0.11mm2,透射系數(shù)/=0.008,鏡面一端輸出，求這時(shí)輸出功 率為多少毫瓦。本節(jié)課教學(xué)手段與方法：采用多媒體形式。先回顧產(chǎn)生激光的三個(gè)必要條件：1.工作物質(zhì)2.激勵(lì)能源3.光學(xué)諧 振腔再討論對(duì)光學(xué)諧振腔，要獲得光自激振蕩，須令光在腔內(nèi)來(lái)回一次所獲增 益，至少可補(bǔ)償傳播中的損耗.，研究諧振腔的損耗與閾值條件。通過(guò)研究激 光器內(nèi)形成穩(wěn)定光強(qiáng)的過(guò)程，推導(dǎo)出形成激光所要求的增益系數(shù)的條件、激 勵(lì)能源對(duì)介質(zhì)粒子的抽運(yùn)一定要滿足的條件，然后對(duì)介質(zhì)能級(jí)選取進(jìn)行討 論，并通過(guò)例題加深學(xué)生對(duì)這些問(wèn)題的

25、認(rèn)識(shí)。第三章激光器的輸出特性1 .光學(xué)諧振腔的衍射理論本節(jié)課教學(xué)目標(biāo)：本節(jié)將討論光腔模式問(wèn)題。模式問(wèn)題在激光技術(shù)中具有重要的理論和實(shí)踐 意義。它是理解激光的相干性、方向性、單色性等一系列重要特性，自再現(xiàn)模 的求解是諧振腔衍射理論的重要部分，自再現(xiàn)模積分的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)是菲涅耳 基爾霍夫衍射積分公式，我們的目的是弄清楚激光模式的基本特征及其與腔的 結(jié)構(gòu)之間的具體依賴關(guān)系。本節(jié)課教學(xué)內(nèi)容：一、惠更斯-基爾霍夫衍射公式二、光學(xué)諧振腔的自再現(xiàn)模積分方程（重點(diǎn)）1 .自再現(xiàn)模概念2 .腔與模的一般聯(lián)系3 .橫模的形成4 .孔闌傳輸線、自再現(xiàn)模（橫模）的形成過(guò)程三、菲涅耳-基爾霍夫衍射積分（重點(diǎn)、難點(diǎn)）首先要解

26、決的一個(gè)問(wèn)題是，如果已知某一鏡面上的場(chǎng)分布ui（x y）如何求 出在衍射的作用下經(jīng)腔內(nèi)一次渡越而在另一個(gè)鏡面上生成的場(chǎng)s（x,y）。這 里（x,y）分別衰示兩個(gè)鏡面上場(chǎng)點(diǎn)的坐標(biāo)。知道了光波場(chǎng)在其所達(dá)到 的任意空間曲面上的振幅和相位分布，就可以求出該光波場(chǎng)在空間其他任意 位置處的振幅和相位分布。四、積分方程解的物理意義（重點(diǎn)）五、光學(xué)諧振腔諧振頻率和激光縱模1 .諧振條件、駐波和激光縱模2 .縱模頻率間隔3 .選縱模本節(jié)課教學(xué)手段：采用多媒體形式。先回顧產(chǎn)生激光的三個(gè)必要條件：1.工作物質(zhì)2.激勵(lì)能源3.光學(xué)諧 振腔再?gòu)难芯恐C振腔的衍射理論開(kāi)始，為了形象地理解開(kāi)腔中自再現(xiàn)模的形 成過(guò)程，我們用波

27、在孔闌傳輸線中的行進(jìn)，模擬它在平面開(kāi)腔中的往復(fù)反射。 這種孔闌傳輸線由一系列同軸的孔徑構(gòu)成，這些孔徑開(kāi)在平行放置著的無(wú)限 大完全吸收屏上，相鄰兩個(gè)孔徑間的距離等于腔長(zhǎng)，孔徑大小等于鏡的大小。 當(dāng)模擬對(duì)稱開(kāi)腔時(shí),所有孔徑的大小和形狀都應(yīng)相同。光學(xué)中著名的惠更斯-菲涅耳原理是從理論上分析衍射問(wèn)題的基礎(chǔ),因而 也必然是開(kāi)腔模式問(wèn)題的理論基礎(chǔ)。該原理的嚴(yán)格數(shù)學(xué)表述是所謂菲涅耳.基 爾霍夫衍射積分，它可以從普遍的電磁場(chǎng)理論推導(dǎo)出來(lái)。該積分公式表明，如 果知道了光波場(chǎng)在其所達(dá)到的任意空間曲面上的振幅和相位分布，就可以求出 該光波場(chǎng)在空間其他任意位置處的振幅和相位分布2.對(duì)稱共焦腔內(nèi)外的光場(chǎng)分布本節(jié)課教學(xué)目

28、標(biāo)：敘述開(kāi)腔模的物理概念，應(yīng)用惠更斯-菲涅耳原理是從理論上定量討論衍射問(wèn) 題。介紹平面腔模的迭代解法，求解對(duì)稱共焦腔中的自再現(xiàn)模積分方程,了解輸 出激光的具體場(chǎng)的分布。以方型鏡面的對(duì)稱共焦腔為例，求解方程：5“小加（x, y） = 1 K （x, y, x, y 加恤（x , y）ds得出一系列本征函數(shù)，它們描述共焦腔鏡面上場(chǎng)的振幅和相位分布,同時(shí)得出一系 列相應(yīng)的本征值，它們決定模的相移和損耗。本節(jié)課教學(xué)內(nèi)容：一、共焦腔鏡面上的場(chǎng)分布（重點(diǎn)、難點(diǎn)）1 .方形鏡面共焦腔自再現(xiàn)模積分方程的解析解2 .鏡面上自再現(xiàn)模場(chǎng)的特征：TEMmn模在鏡面上振幅分布的特點(diǎn)取決于厄米多項(xiàng)式與高斯函數(shù)的乘 積。厄

29、米多項(xiàng)式的零點(diǎn)決定場(chǎng)的節(jié)線，厄米多項(xiàng)式的正負(fù)交替的變化與高斯函數(shù)隨著X、），的增大而單調(diào)下降的特征決定著場(chǎng)分布的外形輪廓。 二、共焦腔中的行波場(chǎng)與腔內(nèi)外的光場(chǎng)分布（重點(diǎn)）腔內(nèi)的光場(chǎng)可以通過(guò)基爾霍夫衍射公式計(jì)算仙鏡面Ml上的場(chǎng)分布在腔內(nèi) 造成的行波求得。腔外的光場(chǎng)則就是腔內(nèi)沿一個(gè)方向傳播的行波透過(guò)鏡面的部分。即行波函數(shù)乘以鏡面的透射率九上式是共焦腔模式理論的最基本的結(jié)果。本節(jié)課教學(xué)手段：采用多媒體形式。前面已經(jīng)敘述了開(kāi)腔模的物理概念，先回顧自再現(xiàn)模積分方程解的物理意 義、建立激光模式的概念。再求解對(duì)稱開(kāi)腔中的自再現(xiàn)模積分方程，了解輸出激 光的具體場(chǎng)的分布。讓學(xué)生了解到解積分方程問(wèn)題就是要求出一些

30、本征值與本 征函數(shù)。它們決定著開(kāi)腔自再現(xiàn)模的全部特征，包括場(chǎng)分布及傳輸特性，并以符 號(hào)TEMmn表示共焦腔自再現(xiàn)模。共焦腔反射鏡面本身構(gòu)成光場(chǎng)的一個(gè)等相位 面。3.高斯光束的傳播特性，穩(wěn)定球面腔的光束傳播特性本節(jié)課教學(xué)目標(biāo)：1 .在求解對(duì)稱開(kāi)腔中的自再現(xiàn)模積分方程，了解輸出激光的具體場(chǎng)的分布的基礎(chǔ) 上，研究高斯光束的傳播特性。2 .共焦腔模式理論不僅能定量說(shuō)明共焦腔震蕩模本身的特性，更重要的是它 能夠被推廣到一般穩(wěn)定球面腔系統(tǒng)。本節(jié)將證明：任何一個(gè)共焦腔與無(wú)窮多個(gè) 穩(wěn)定球面腔等價(jià)，而任何一個(gè)球面腔唯一地等價(jià)于一個(gè)共焦腔。本節(jié)課教學(xué)內(nèi)容：一、高斯光束的振幅和強(qiáng)度分布（重點(diǎn)）1 .基橫模TEMuo

31、的場(chǎng)振幅Uoo和強(qiáng)度/oo分布分別為：2 .光斑半徑3 .模體積二、高斯光束的相位分布（共焦場(chǎng)的等相位面的分布圖）三、高斯光束的遠(yuǎn)場(chǎng)發(fā)散角四、高斯光束的高光度五、穩(wěn)定球面腔的光束傳播特性（重點(diǎn)、難點(diǎn)）1 .穩(wěn)定球面腔的等價(jià)共焦腔2 .穩(wěn)定球面腔的光束傳播特性本節(jié)課教學(xué)手段：采用多媒體形式1 .先回顧求解對(duì)稱開(kāi)腔中的自再現(xiàn)模積分方程，了解輸出激光的具體場(chǎng)的分布， 再研究高斯光束的傳播特性。引導(dǎo)學(xué)生了解到高斯光束與普通光束有著很大的 區(qū)別，因此研究高斯光束在空間的傳輸規(guī)律.以及光學(xué)系統(tǒng)對(duì)高斯光束的變換 規(guī)律，就成為激光的理論和實(shí)際應(yīng)用中的重要問(wèn)題。2 .共焦腔模式理論不僅能定量地說(shuō)明共焦腔振蕩模本

32、身的特征.更重要的是，它能 被推廣到整個(gè)穩(wěn)定球面腔系統(tǒng)，這一推廣是諧振腔理論中的一個(gè)重大進(jìn)展。任何 一個(gè)共焦腔與無(wú)窮多個(gè)穩(wěn)定球面腔等價(jià)。而任何一個(gè)穩(wěn)定球面腔唯一地等價(jià)于 一個(gè)共焦腔。這里所說(shuō)的“等價(jià)“，就是指它們具有相同的行波場(chǎng)。這種等價(jià)性深 刻地揭示出各種穩(wěn)定腔（共焦腔也是其中的一種）之間的內(nèi)在聯(lián)系,它使得我們可以利用共焦腔模式理論的研究結(jié)果來(lái)解析地表述一般穩(wěn)定球面腔模的特征。4,激光器的輸出功率，激光器的線寬極限本節(jié)課教學(xué)目標(biāo)：1由于激活介質(zhì)中的光放大作用、諧振腔內(nèi)損耗系數(shù)的不均勻分布以及駐波 效應(yīng)和光波場(chǎng)的橫向高斯分布，腔內(nèi)光強(qiáng)是不均勻的。精確計(jì)算腔內(nèi)各點(diǎn)光強(qiáng)是 個(gè)復(fù)雜的問(wèn)題。本節(jié)由增益

33、飽和效應(yīng)出發(fā)估算穩(wěn)態(tài)工作時(shí)的腔內(nèi)平均光強(qiáng)，并在 此基礎(chǔ)上給出粗略估算輸出功率的方法。2.激光線寬及頻率牽引也是激光器的要特性線寬是由于自發(fā)輻射的存在而產(chǎn)生的，因而是無(wú)法排除的，所以稱它為線寬極 限。本節(jié)課教學(xué)內(nèi)容：一、均勻增寬型介質(zhì)激光器的輸出功率1 .穩(wěn)定出光時(shí)激光器內(nèi)諸參數(shù)的表達(dá)式2 .激光器的輸出功率P =1）264+八二、非均勻增寬介質(zhì)穩(wěn)態(tài)情況下的增益飽和（重點(diǎn)、難點(diǎn)）三、非均勻增寬型介質(zhì)激光器的輸出功率四、激光器的線寬極限1 .造成線寬的原因2 .激光線寬與激光器輸出功率成反比輸出功率越大，線寬就越窄。這是因?yàn)檩敵龉β试龃缶鸵馕吨粌?nèi)相干光 子數(shù)增多，受激輻射比自發(fā)輻射占更大優(yōu)勢(shì)，因

34、而線寬變窄。減小損耗和增加腔長(zhǎng) 也可使線寬變窄。例如半導(dǎo)體激光器由于腔長(zhǎng)只有數(shù)仃微米而具有較寬的激光 線寬。若將它與一外反射鏡構(gòu)成外腔半導(dǎo)體激光器則可使線寬顯著減小。本節(jié)課教學(xué)手段：采用多媒體形式講解讓學(xué)生明白：1激光器在外界激發(fā)作用很弱時(shí)，激活介質(zhì)的小信號(hào)增益 系數(shù)小于閾值增益系數(shù)，激光器無(wú)輸出。如果外界激發(fā)作用增強(qiáng)到小信號(hào)增 益系數(shù)超過(guò)閾值增益系數(shù)，腔內(nèi)光強(qiáng)便會(huì)不斷增大.但是腔內(nèi)光強(qiáng)不會(huì)無(wú)限制 地增加下去，因?yàn)楫?dāng)光強(qiáng)越強(qiáng)，消耗的反轉(zhuǎn)粒子數(shù)便越多,111于激活介質(zhì)的增益 飽和作用而使增益系數(shù)下降.只要增益系數(shù)尚未降至閾值，上述過(guò)程就會(huì)繼續(xù) 下去，即光強(qiáng)繼續(xù)增大，增益系數(shù)繼續(xù)下降.直到增益系數(shù)

35、下降到閾值時(shí),增益與 損耗達(dá)到平衡，光強(qiáng)不在增大，這時(shí)，激光器建立起了穩(wěn)定的工作狀態(tài)。2因此 激光器的凈損耗以及單縱模的線寬似乎應(yīng)等于零，但這只是對(duì)激光器內(nèi)物理 過(guò)程的一種理想化的近似描述。這種理想情況的物理圖像是:腔內(nèi)的受激輻 射能量補(bǔ)充了損耗的能量,且由于受激輻射產(chǎn)生的光波與原來(lái)的光波具有相 同的相位，二者相干疊加使腔內(nèi)光波的振幅始終保持恒定，因而輸出激光在理 想情況下為一無(wú)限長(zhǎng)的波列，其線寬應(yīng)等于零。這一矛盾的原因是，我們?cè)诜?析激光器振蕩過(guò)程時(shí)，忽略了自發(fā)輻射的存在，而實(shí)際上自發(fā)輻射是始終存在 的。由于和受激輻射相比自發(fā)輻射的貢獻(xiàn)極其微弱，因而在討論閾值及輸出 功率等問(wèn)題時(shí)可以忽略不計(jì)

36、;但在考慮線寬問(wèn)題時(shí)卻必須考慮自發(fā)輻射的影 響。第四章激光的基本技術(shù)1,激光器輸出的選模本節(jié)課教學(xué)目標(biāo)：從一臺(tái)簡(jiǎn)單激光器出射的激光束，其性能往往不能滿足應(yīng)用的需要，為了改善 激光器輸出光的時(shí)間相性或空間相干性，發(fā)展了模式選擇。本節(jié)介紹如何設(shè)計(jì)與 改進(jìn)激光器的諧振腔以獲得單模輸出的原理本節(jié)課教學(xué)內(nèi)容：一、激光單縱模的選取1 .均勻增寬型譜線的縱模競(jìng)爭(zhēng)2 .非均勻增寬型譜線的多縱模振蕩3 .單縱模的選取二、激光單橫模的選取1 .衍射損耗和菲涅耳數(shù)2 .衍射損耗曲線3 .光闌法選取單橫模4 .聚焦光闌法和腔內(nèi)望遠(yuǎn)鏡法選橫模本節(jié)課教學(xué)手段：采用多媒體形式講解讓學(xué)生明白：1.激光的優(yōu)點(diǎn)在于它具有良好的方

37、向性、單色性和相干 性。理想激光器的輸出光束應(yīng)只具有一個(gè)模式，然而若不采取選模措施，多數(shù)激光 器的工作狀態(tài)往往是多模的。含有高階橫模的激光束光強(qiáng)分布不均勻，光束發(fā)散 角較大。含有多縱模及多橫模的激光束單色性及相干性差。激光準(zhǔn)直、激光加 工、非線性光學(xué)研究、激光中遠(yuǎn)程測(cè)距等應(yīng)用均需基橫模激光束。而在精密干 涉計(jì)量、光通信及大面積全息照相等應(yīng)用中不僅要求激光是單橫模的，同時(shí)要求 光束僅含有一個(gè)縱模。因此，如何設(shè)計(jì)與改進(jìn)激光器的諧振腔以獲得單模輸出是 一個(gè)重要課題。然后介紹實(shí)現(xiàn)橫模選擇的幾種具體方法、如何在特定躍遷譜線 寬度范圍內(nèi)獲得單縱模振蕩的方法。2.激光調(diào)Q技術(shù)，激光鎖模技術(shù)本節(jié)課教學(xué)目標(biāo)：本

38、節(jié)討論了用調(diào)Q技術(shù)壓縮激光脈沖寬度以獲得高功率脈沖的方法。為了得到更窄的脈沖，還可以利用鎖模技術(shù)對(duì)激光束進(jìn)行特殊的調(diào)制，使光 束中不同的振蕩縱模具有確定的相位關(guān)系，從而使各個(gè)模式相干疊加得到超短脈 沖。鎖模激光脈沖寬度可達(dá)相應(yīng)的具有很高的峰值功率。本節(jié)還 對(duì)鎖模激光器工作原理作簡(jiǎn)單介紹。本節(jié)課教學(xué)內(nèi)容：一、激光調(diào)Q技術(shù)1激光諧振腔的品質(zhì)因數(shù)Q2調(diào)Q原理（重點(diǎn)）調(diào)Q激光器的基本原理:就是通過(guò)某種方法使諧振腔的損耗值按規(guī)定的程序 變化，從而壓縮光脈沖的寬度，大大提高輸出峰值功率。調(diào)Q的基本過(guò)程:在泵 浦開(kāi)始時(shí)，使諧振腔的損耗增大,Q值降低，此時(shí)器件振蕩閾值變高，振蕩不能形 成,上能級(jí)反轉(zhuǎn)粒子數(shù)密度

39、便有可能大量積累.當(dāng)積累到最大值（飽和值）時(shí)，突 然使諧振腔的損耗變小，Q值突增，這時(shí)器件振蕩閾值突然變低,激光器振蕩迅 速建立，腔內(nèi)象雪崩一樣以極快的速度建立起極強(qiáng)的振蕩，在短時(shí)間內(nèi)反轉(zhuǎn)粒 子數(shù)大量被消耗,轉(zhuǎn)變?yōu)榍粌?nèi)的光能量，同時(shí)輸出一個(gè)極強(qiáng)的激光脈沖。3電光調(diào)Q4聲光調(diào)Q5染料調(diào)Q二、激光鎖模技術(shù)鎖模是進(jìn)一步對(duì)激光進(jìn)行特殊的調(diào)制。技術(shù)上利用多縱模輸出的激光束，經(jīng) 過(guò)特殊的調(diào)制，使其各個(gè)縱模之間有了確定的位相關(guān)系。1主動(dòng)鎖模2被動(dòng)鎖模本節(jié)課教學(xué)手段：采用多媒體形式通過(guò)討論讓學(xué)生明白：為了得到高的峰值功率和窄的單個(gè)脈沖,采用了 Q調(diào)制技術(shù),它的基本原理 是通過(guò)某種方法使諧振腔的損耗S （或Q值

40、）按照規(guī)定的程序變化，在泵浦激勵(lì) 剛開(kāi)始時(shí),先使光腔具有高損耗8 H,激光器由于閾值高而不能產(chǎn)生激光振蕩, 于是亞穩(wěn)態(tài)上的粒子數(shù)便可以積累到較高的水平。然后在適當(dāng)?shù)臅r(shí)刻，使腔 的損耗突然降低到8，閾值也隨之突然降低，此時(shí)反轉(zhuǎn)集居數(shù)大大超過(guò)閾值，受 激輻射極為迅速地增強(qiáng)。于是在極短時(shí)間內(nèi)，上能級(jí)儲(chǔ)存的大部分粒子的能 量轉(zhuǎn)變?yōu)榧す饽芰?，在輸出端有一個(gè)強(qiáng)的激光巨脈沖輸出。普通的脈沖激光 器，光脈沖的寬度約在ms級(jí),峰值功率也只有幾十kW.調(diào)Q激光器，光脈沖的 寬度可以壓到ns級(jí)，峰值功率也已達(dá)到MW.而鎖模是進(jìn)一步對(duì)激光進(jìn)行特 殊的調(diào)制。第五章典型激光器介紹1.固體激光器本節(jié)課教學(xué)目標(biāo)：一般固體激光

41、器是指沒(méi)有調(diào)Q、倍頻、鎖模等特殊功能的固體激光器，它是固體激光器的最基本組成形式。本節(jié)重點(diǎn)討論固體激光器的共同部分，即討論固體工作物質(zhì)、泵浦系統(tǒng)、冷卻與濾光以及連續(xù)和長(zhǎng)脈沖固體激光器的 闕值、激光輸出能量（功率）和效率。在泵浦系統(tǒng)中著重討論當(dāng)前最常用的燈 泵浦系統(tǒng)和時(shí)可國(guó)內(nèi)外重點(diǎn)發(fā)展的激光二極管泵浦系統(tǒng)。本節(jié)課教學(xué)內(nèi)容:一、固體激光器的基本結(jié)構(gòu)與工作物質(zhì)（重點(diǎn)）固體激光器基本上都是由工作物質(zhì)、泵浦系統(tǒng)、諧振腔和冷卻、濾光系統(tǒng)構(gòu) 成的。紅寶石激光器屬于三能級(jí)系統(tǒng)，紅寶石激光器的優(yōu)點(diǎn)和主要缺點(diǎn)。二、固體激光器的泵浦系統(tǒng)固體激光工作物質(zhì)是絕緣晶體，一般都采用光泵浦激勵(lì)。常用的泵浦燈在 空間的輻射都是

42、全方位的，固體激光器的泵浦系統(tǒng)還要冷卻和濾光。三、固體激光器的輸出特性固體激光器的激光脈沖特性四、新型固體激光器1 .半導(dǎo)體激光器泵浦的固體激光器2 .可調(diào)諧固體激光器3 .高功率固體激光器本節(jié)課教學(xué)手段：采用多媒體形式通過(guò)討論讓學(xué)生明白：紅寶石突出的缺點(diǎn)是閾值高（因是三能級(jí)）和性能易隨溫度變化。但具有很 多優(yōu)點(diǎn)，如:機(jī)械強(qiáng)度高，能承受很高的激光功率密度;容易生長(zhǎng)成較大尺寸;亞穩(wěn)態(tài) 壽命長(zhǎng)，儲(chǔ)能大,可得到大能量輸出;熒光譜線較寬，容易獲得大能量的單模輸出;低 溫性能良好，可得到連續(xù)輸出;紅寶石激光器輸出的紅光（0.6943um）,不僅能為人眼 可見(jiàn)，而且很容易被探測(cè)接收（目前大多數(shù)光電元件和照相乳膠對(duì)紅光的感應(yīng)靈敏 度較高）。因此，紅寶石仍屬一種優(yōu)良的工作物質(zhì)而得到廣泛應(yīng)用。用紅寶石制成 的大尺寸單脈沖器件輸出能量已達(dá)上千焦耳。單級(jí)調(diào)Q器件很容易得到幾十兆 瓦的峰值功率輸出（用這類器件已成功地對(duì)載有角反射器的人造衛(wèi)星進(jìn)行了測(cè)距 試驗(yàn)）。多級(jí)放大器件的輸出峰值功率已達(dá)數(shù)千兆瓦到一萬(wàn)兆瓦。紅寶石在激光 發(fā)展上是貢獻(xiàn)比較大的一種晶體。