,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第一章 激光的特性,一、激光的产生,60年代以来，人们一直在寻找一种强的相干光源。,50年代人们发现了maser原理：即Microwave Amplification for Stimulated Emisszon of Radiation（即受激辐射微波放大器）。,1958年，物理学家A.L.Schawlow 和C.H.Townes 首次提出可以将maser原理从微波段延伸到光谱段，并给出了理论证明，几乎同时A.M.Prokhorov也提出研制光波波段的maser建议。,1960年，T.H.Mamain 成功的研制了世界第一台光波maser即Light Amplification for Stimulated Emission of Radiation（即受激幅射光波发大器，缩写成Laser），即红宝石激光器。,1964年，钱学森建议将用于光波段的maser 命为“激光”。,第一章 激光的特性一、激光的产生,1,二、激光器的组成,激光器主要内以下三部分组成：,外激发源,工作物质,（增益介质）,谐振腔,种类,作用,种类,作用,种类,作用,输出Laser,电源,如CO,2,He-Ne激光器,光 源:,如红宝石YAG激光器(氙灯,氪灯),提供泵浦能量,气体、固体、液体、半导体、等离子体、化学物质,通过受激辐射产生确定模式的光子（波长、位相相同）,两平行反射面组成：光学谐振腔,通过选膜：产用同方向，同频率，同位相的激光,二、激光器的组成外激发源工作物质谐振腔种类作用种类作用种类作,2,输出的激光的特性是：,具有很高的光子间并度；即具有相同模式（或波型、位相、波长）的光子数目。其表现为光束具有很好的单色性，方向性，相干性和高亮度。,激光可通过调Q技术使之压缩成超短脉冲，脉宽可达飞秒量级（fs）4.610,-15,sec。,光子简并度：,处于同一光子态的光子数称光子的简并度。,具有以下相同的含义：固态光子数，或同一模式内的光子数，或处于相干体积内的光子数，或处于同一相格内的光子数。,输出的激光的特性是：,3,时间单位换算：,1ms（毫秒）=10,-3,s1s（微秒）=10,-6,s,1ns（毫微秒）=10,-9,s1ps（微微秒）=10,-12,s,1fs（毫微微秒）=10,-15,s,例：（1）对于脉冲能量为5mJ，脉宽为5nS的激光脉冲，其瞬时,功率可达：,（2）对脉冲能量为5mJ，脉宽为5fs的激光脉冲,若通过短焦距透镜聚焦的其焦斑直径为0.001mm（1）,则其瞬时功率可达：,瞬时功率密度：,时间单位换算：,4,三、激光的光束特性,（一）单色性,用谱线宽和其波长的比值来量度：,谱线宽度：当光强下降到中心光强的1/2时的的宽度为谱线宽度。,即,一般光源（最好的为86kr 氪灯）,一台稳频He-Ne激光器：,单色性高出45个数量级。,三、激光的光束特性,5,图1-1,图1-1,6,（二）方向性,用光束发散角来描述光束的方向性（2）,亦可用立体角=,2,来描述：,1普通光源的方向性很差，光能量向4球面度辐射，方向性差。,2单模He-Ne激光，发散角为10,-3,10,-4,rad,仅是普通光源的：,（二）方向性,7,即 （毛细管粗细确定d）,气体激光器（介质增益好，均匀，腔长大）单模发散角，可达衍射极限10,-3,10,-6,。,固体激光器（介质均匀性差，腔长短，激励不均匀），一般达10,-2,rad量级。,半导体激光器方向性最差，一般为（510）10,-2,rad，且两个方向发散角不一样。,即,8,（三）相干性,1空间相干性：,研究在垂直于光波传播方向上的两个点，如果在任一时间（同一时刻），这两点上的光波场有固定的位相关系，则从这两点“取样”的光波将产生干涉。否则是不相干的。因为这种相干性是在同一时刻的两个不同空间点的条件下产生的，故称其为空间相干性。,如双缝干涉：,同一时间不同空间位置的光波位相差（P）是否恒定,（三）相干性,9,图1-2,图1-2,10,由于激光有极好的方向性（发散角小）可看成s,o,的宽度b接连零，所以空间相干性能好：即,单缝愈大，干涉条缝愈模糊，b大到一定程度时，条缝消失（与最大光源宽度有关）。,即：,2时间相干性：,时间相干性：在辐射场的某一固定点上，考察光源在两个不同时刻发出的光波在该点的干涉问题。,由于激光有极好的方向性（发散角小）可看成so的宽,11,图1-3,图1-3,12,如迈克尔逊干涉仪,同一空间点，不同时刻达的光波位相是否恒定M,2,是M,2,的镜象，移动M,1,，h愈大，则条纹清晰度愈差，当h大到一定值时，则条纹消失。此即相干长度。,例,：1对氪灯86kr，在低温时,0,=6057A，相干时间约为 ,c,=2.510,-9,S,则相干长度为：L,C,=2.510,-9,S310,10,cm/S=7.51075 cm,2对6328 AHe-Ne激光，相干时间,C,=1.310,-4,S,相干长度L,C,=1.310,-4,S310,10,cm/S=3.910,6,cm40km,如迈克尔逊干涉仪,13,四、高亮度：（B,b,）,P 辐射功率，S 幅射面积，立体角，,辐射线宽（对可见光）,因为激光：方向性好，则S小，小,相干性好，则,小,所以，P一定时，B,b,大,四、高亮度：（Bb）,14,