激光原理與全息技術(shù)復習

激光原理與全息技術(shù)

復習提綱第1章激光的基本原理1.激光的特點是？（pp:4-6)(1)單色性好(2)相干性好(3)方向性好(4)高亮度注意單色性和相干長度的計算2.光與物質(zhì)的三種相互作用(pp:6-7)受激吸收；自發(fā)輻射；受激輻射3.粒子數(shù)反轉(zhuǎn)（集居數(shù)反轉(zhuǎn)）(pp:7)要使受激輻射占據(jù)主導地位，應(yīng)該設(shè)法改變原子系統(tǒng)所處于熱平衡時的分布，使處于高能級的原子數(shù)超過處于低能級的原子數(shù)，即實現(xiàn)粒子數(shù)分布反轉(zhuǎn)。

如何實現(xiàn)？（pp21）“激勵”或“泵浦”，光激勵，電激勵，化學激勵等4.激光器的基本結(jié)構(gòu)(pp:8)工作物質(zhì)，光學諧振腔，激勵源5.形成激光的基本條件(pp:9)(1)工作物質(zhì)在激勵源的激勵下能夠?qū)崿F(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)；(2)光學諧振腔能使受激輻射不斷放大，即滿足增益大于損耗的閾值條件；(3)滿足駐波條件和頻率條件。

6.光譜線的幾種加寬形式(pp:14)按原因分類：自然加寬、碰撞加寬和多普勒加寬。按譜線加寬的特點分類：均勻加寬、非均勻加寬和綜合加寬注意掌握自然加寬譜線寬度計算公式、碰撞加寬譜線寬度計算公式7、線型函數(shù)均勻加寬是洛倫茲型，氣體中的非均勻多普勒加寬是高斯型。第2章光學諧振腔

8.光子態(tài)？相格？光子簡并度？(pp:17-18)由不同特征所決定的光子狀態(tài)就叫做光量子態(tài)，簡稱光子態(tài)。在六維相空間，一個光子狀態(tài)對應(yīng)的最小相空間體積元即稱為相格。處于同一光子態(tài)的平均光子數(shù)稱為光子簡并度，也稱為同態(tài)光子數(shù)。9.什么是增益系數(shù)和增益飽和(pp:20-21)增益系數(shù)——光通過單位距離后的增長率叫做增益系數(shù)，即單位距離光強的相對增長率.增益系數(shù)隨著光強的增加而減小，這種效應(yīng)稱為增益飽和。10.駐波條件推導諧振頻率及其間隔(pp:23)

由整數(shù)q所表征的腔內(nèi)縱向的穩(wěn)定場分布稱為激光的縱模,注意以上公式的計算。P23例題：實現(xiàn)單縱模振蕩對腔長的要求11.三能級系統(tǒng)和四能級系統(tǒng)的圖示及工作過程分析(pp:19-20)12.諧振條件——激光器的輸出頻率必須同時滿足以下三個條件：(pp:24)(1)頻率值必須滿足諧振條件，即(2-27)式：(2)頻率值必須在工作物質(zhì)的譜線寬度之內(nèi)(3)相應(yīng)的小信號增益系數(shù)必須超過閾值，13.縱模，橫模從不同側(cè)面反映腔內(nèi)穩(wěn)定的光場分布，激光模式用TEMmnq來標志。(pp:24)在垂直于傳播方向上某一橫截面上形成穩(wěn)定的場分布，稱為橫模。橫模序數(shù)m，n14.光學諧振腔損耗有以下五種(pp:25)A.腔鏡反射不完全產(chǎn)生的透射損耗；B.腔鏡的吸收和散射損耗；C.腔內(nèi)插入元件的吸收與散射損耗；這三種損耗，對不同的橫模，一視同仁，無選擇性D.腔鏡大小產(chǎn)生的衍射損耗；E.光線在腔內(nèi)來回傳播產(chǎn)生的幾何偏折損耗。后兩種損耗，對不同的橫模，表現(xiàn)為有選擇性，對低階模損耗小，對高階模損耗大。15.腔的光子壽命(pp:25)為單程損耗，L‘為諧振腔的光學長度16.光學諧振腔的Q值(pp:26)17.無源腔縱模線寬(pp:26)注意以上公式的計算

18.光學諧振腔各種損耗的計算(pp:26-28)(1)腔鏡反射不完全產(chǎn)生的損耗單程損耗R1為全反鏡，部分反射鏡R2接近于1時，作級數(shù)展開可得(2)幾何偏折損耗(1)平行腔斜光束的幾何損耗(2)平行腔平行度差引起的幾何損耗

(3)衍射損耗定義菲涅耳數(shù)衍射損耗越大，菲涅耳數(shù)越小。19.諧振腔常見腔型結(jié)構(gòu)(pp:29)(1)平行平面腔(簡稱平平腔)：(2)凹面反射鏡腔(簡稱雙凹腔)。(3)平凹反射諧振腔(平凹腔)：(4)平凸反射諧振腔(平凸腔)：(5)雙凸反射諧振腔(雙凸腔)：20.諧振腔穩(wěn)定性條件(2-46)式(pp:33)根據(jù)計算值，判斷腔是穩(wěn)定、非穩(wěn)、介穩(wěn)典型腔型的判斷：對稱共焦腔（穩(wěn)定）、平行平面腔（介穩(wěn)）、共心腔（介穩(wěn)）21.基模的光斑尺寸和模體積(pp:37)振幅下降到軸上(Z軸)值的1/e時所對應(yīng)的半徑值，稱為光斑尺寸。Z=0處光斑尺寸最小，稱為光束的腰。模體積是指該激光模式在腔內(nèi)所占的空間范圍。基模體積(P38例題)22.選擇基模振蕩而抑制高階橫模的技術(shù)稱為橫模選擇。橫模選擇的方法(pp:38-40)1、選擇腔型和腔參數(shù)2、小孔光闌選模3、反射鏡失調(diào)選模法……23.解釋非均勻增寬中的“燒孔”效應(yīng)(pp:43)24.解釋均勻加寬增益飽和(pp:43)25.蘭姆凹陷(pp:44)與對稱燒孔效應(yīng)相聯(lián)系的是激光的輸出功率曲線在中心頻率處有一個下陷，稱為蘭姆凹陷

第3章激光器的工作原理26.解釋均勻加寬情況下的縱模模式競爭（圖解說明）(pp:45)

27.解釋固體激光器的空間燒孔(pp:45-46)28.什么是模牽引效應(yīng)(pp:48)由于增益介質(zhì)在中心頻率(即共振頻率)附近，存在著強烈的色散效應(yīng)，使實際振蕩頻率較無源腔的振蕩頻率更靠近譜線的中心頻率。29.縱膜選擇的方法(pp:48-50)1、短腔法選縱模2、腔內(nèi)插入標準具選模3、晶體雙折射選模30.調(diào)Q(pp:51-53)在激光器開始運轉(zhuǎn)時，先讓諧振腔處于低Q值狀態(tài)，即腔損耗大，激光振蕩不能產(chǎn)生，但粒子數(shù)隨泵浦不斷地被抽運到上能級亞穩(wěn)態(tài)上，使亞穩(wěn)態(tài)上的粒子數(shù)可以積累到很高的水平，然后使諧振腔Q值突然增大，即使諧振腔的損耗瞬間降低，在腔內(nèi)迅速建立起極強的振蕩，因而在極短的時間內(nèi)高能級粒子貯存的大部分能量轉(zhuǎn)變?yōu)榍粌?nèi)的光能量，此時就輸出一個很強的激光脈沖。調(diào)Q脈沖量級：ns

調(diào)Q的方法——轉(zhuǎn)鏡調(diào)Q，電光調(diào)Q，聲光調(diào)Q，染料調(diào)Q

31.什么是鎖模？鎖模的好處(pp:53-54)如果能夠以某種方式迫使多個振蕩模式維持固定的頻率間隔與固定的相位，那么激光器的輸出將以一種預定的方式隨時間變化，這就叫鎖模(亦稱相位鎖定)。相位鎖定就是使多縱模激光器各自獨立振蕩的縱模在時間上有序。鎖模脈沖的寬度可以窄到皮秒，甚至飛秒量級(10-15s)，其峰值功率比調(diào)Q脈沖要高幾個數(shù)量級，能輸出超短光脈沖序列。32.鎖模方法分類：主動鎖模和被動鎖模(pp:54)主動鎖模是在腔中插入一定頻率的調(diào)制器，對光束進行振幅調(diào)制或相位調(diào)制；被動鎖模是利用腔內(nèi)的可飽和吸收染料（或吸收氣體）來實現(xiàn)主被動同時鎖模、同步泵浦鎖模、碰撞鎖模。33.穩(wěn)頻(pp:54)影響頻率穩(wěn)定的因素（1）腔體振動（2）機械機構(gòu)的熱膨脹（3）腔內(nèi)光學元件的折射率隨溫度變化（4）氣壓的變化引起折射率的變化34.典型激光器的特征波長（判別顏色）激勵方式（光激勵，氣體放電激勵......）工作方式（連續(xù)，脈沖......）He-Ne激光器，氬離子激光器，氪離子激光器，CO2激光器，He-Cd激光器，紅寶石激光器，YAG激光器，半導體激光器等第4章典型激光器件

35.He－Ne激光器的結(jié)構(gòu)類型？及各自的特點？(pp:56-58)一般分為三種，即內(nèi)腔式、外腔式（含布儒斯特窗）、半外腔(或稱半內(nèi)腔)式。三種結(jié)構(gòu)類型的特點。36.固體激光器的一般組成？固體激光器特有的裝置是？(pp:63)固體激光器一般由工作物質(zhì)、激勵源、諧振腔、聚光腔和水冷系統(tǒng)五個部分組成。其中聚光腔是固體激光器特有的裝置。37.半導體激光器的特點(pp:67)(1)體積小，重量輕，結(jié)構(gòu)簡單而堅固。(2)效率高。(3)發(fā)散角大。(4)輸出功率小。(5)受溫度影響較嚴重。38.染料激光器最突出的優(yōu)點是其激光波長在一個較大的范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)(pp:69)全息部分39.全息照相的特點（利用激光的干涉特性）(pp:73)1、全息圖能進行波面的記錄和再現(xiàn)，可觀測到有實物感的三維立體像。2、全息圖不用透鏡也能成像。3、全息圖彌漫性好。4、一張干板可進行多次記錄。5、由于能夠立體利用感光材料，因而在小的空間可存貯巨量信息。40.全息照相的基本原理PP：74-75(1)記錄過程記錄物光和參考光相干疊加后的光強，包含了物光波的相位信息(2)再現(xiàn)過程通常用與參考光全同的在再現(xiàn)光去照射全息圖參考光相對物光偏離一定角度時，可以把不需要的共軛像及零級背景光與有用的原始像分開——離軸全息41.全息圖的類型(1)按物體與記錄介質(zhì)的位置關(guān)系分類(pp:77-78)(2)按記錄介質(zhì)分類(pp:78)(3)按被照物體的種類(pp:79)42全息記錄介質(zhì)基本物理量的概念（