内容发布更新时间 : 2024/6/29 13:18:09星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。
激光原理
第一章
1. 激光器的组成部分及作用
（1）工作物质（激活物质）：用来实现粒子数反转和产生光的受激发射作用的 物质体系。
（2）泵浦源：提供能量，实现工作物质的粒子数反转。 （3）谐振腔：①提供轴向光波模的正反馈
②模式选择，保证激光器单模振荡，从而提高激光器的相干性。
2. 模式数的计算
4???8??2??8??2g?2?2?V?Vn??3?cc3c 单色模密度：
计算例：封闭腔在5000 ?处单色模密度。
3?108????6?1014Hz?10?5000?10
c28π?28?3.14?（6?1014）n????3.35?105s?m?3383c（3?10）
3. 光谱宽度的计算
???1/?t?c/lc其中，lc为波列长度。
4. 本征状态的定义
给定空间内任一点处光的运动情况，在初始条件和边界条件确定后，原则上就可求解麦克斯韦方程组，一般可得到很多解，而且这些解的任何一种线性组合都可满足麦克斯韦方程，每一个特解，代表一种光的分布，即代表光的一种本振振动状态。
5. 光子简并度的定义
光子简并度对应于线度光源λ，在单位时间单位立体角内发出单位频宽的光子数(处于同一个相格中的光子数，处于一个模式中的光子数，处于相干体积内的光子数，处于同一量子态内的光子数，都有相同的含义，均定义为光子简并度)。并用?表示：
??nP?g??(2h?/?2)???S??
6. 光子简并度与单色亮度之间的关系
光源的光子简并度，从微观上反映出光源的单色亮度。单色亮度：
P?2Bv??B??B2hv ?S????。光子简并度?与单色亮度?之间的关系为：
7. 光子平均能量的表达
同一种光子运动状态（或同一种光波模式）的光子平均能量：
E?
h?exp(h?KT)?1
8. 光的自发辐射、受激吸收、受激辐射
自发辐射：处于E2的原子在无外来光子情况下自发地向E1能级跃迁，发射能量以光辐射形式放出即自发辐射。特点：自发辐射是仅与原子自身性质有关的随机过程，自发辐射的光在方向、偏振、相位方面都没有确定的关系，因此是不相干的。
受激吸收：原子在外来光子h?21作用下，若h?21?E2?E1，处于E1的原子由于吸收该光子而受激跃迁到E2的过程。特点：受激吸收几率与外来光的频率有严格的选择性，与外来光辐射能量密度大小有关。外来光频率等于E2、E1的间隔所对应的频率时，受激吸收几率最大。
受激辐射：光的受激辐射是受激吸收的反过程。原子系统在外来光子h?21作用下，若h?21?E2?E1，处于E2的原子跃迁到E1，并辐射一个与外来光子相同的光子的过程。特点：受激辐射与外来光子有关，辐射的光子与引起受激辐射的外来光子有相同的频率、位相、偏振以及传播方向。通过受激辐射，能够实现同态光子数放大，可以得到高光子简并度的相干光。
9. 爱因斯坦三系数的相互关系
在热平衡情况下，辐射率和吸收率应相等，即单位时间内物质辐射出的光子数，等于单位时间内被物质吸收的光子数：n2A21?n2B21???n1B12??。
?A218?h?3???B21c3?gB?112?1?B12为受激吸收爱因斯坦系数，?g2B21 ；A21为自发辐射爱因斯坦系数，
B21为受激辐射爱因斯坦系数。g1、g2分别表示能级E1和E2的简并度，上式称为爱因斯坦关系式。当简并度g1=g2时，则B12=B21，即当其他条件相同时，受激辐射和受激吸收具有相同几率。正常情况下低能级原子数n1＞高能级原子数
n2，即受激吸收比辐射更频繁发生，且波长越短，自发辐射的几率越大。
10. 速率方程理论的优点及局限性
优点：速率方程是在不考虑光子的相位特性和光子数的起伏特性情况下，它是全量子化理论的一种简化形式。速率方程理论主要用于描述激光的光强特性，近似地描述烧孔效应、兰姆凹陷与多模竞争等特性。
局限性：对于增益介质色散等频率特性和与量子起伏有关的激光特性研究，这一理论就不能解释。
11. 粒子数反转分布的定义
在激光器工作物质内部，由于外界能源的激励，破坏了热平衡，有可能使得处于高能级E2上的粒子数n2大大增加，达到n2＞n1，这种情况称为粒子数反转分布，也称为集居数反转分布。
12. 增益系数的定义
光在激活物质内部将越走越强，使该激光工作物质输出的光能量超过入射光的能量，这就是光的放大过程，其放大作用的大小通常用增益系数G来描述。
G（Z）?1dI（Z）Id（Z）增益系数相当于光沿着Z轴方向传播时，在单位距离内所增加
?1光强的百分比，其单位为cm。
13. 阈值条件的概念及定义
阈值条件（起振条件）：激光器实现振荡所需要的最低条件。
定义式：
G（?）??内?1ln（r1r2）2L，式中，G（?）为增益系数，L为谐振腔腔长，