[工學]01 第一章 激光原理與技術-全文預覽

　　

【正文】 膽的 假設 ： 黑體輻射的能量是 不連續 的，存在一 個最 小的能量單元，這就是 量子 。 吸收躍遷： 低 輻射躍遷： 高 （自發輻射 ） 吸收能量 輻射能量 高 h??=?E1 ??E2 、簡并能級 電子運行的狀態不同，其能量相同 能量相同的能級對應不同的電子運動狀態 簡并度 同一能級對應的不同的電子運動狀態的數目 簡并能級 電子可以有兩個或兩個以上的不同運動狀態具有 相同的能級，這樣的能級叫簡并能級 ??? 由大量粒子所組成的系統在熱平衡狀態下粒子 按能級的分布規律 N i ??g i e ??Ei kT 分別處在 Em和 En能級的粒子數目： N m / g m N n / g n =?e Em ??En kT 由 Em ?En N m N n g m g n 結論 高能級的粒子數目少于低能級的粒子數目 三、光與物質的相互作用 1917年，愛因斯坦提出 受激輻射新概念 —— 奠定了激光發明的理論基礎 愛因斯坦發現，若只有自發輻射和吸收躍遷，黑體 和輻射場之間不可能達到熱平衡，要達到熱平衡， 還必須存在受激輻射。 激光原理 . 第一章 E2 E1 吸收前 h???????????????? h??=?E2 ??E1 吸收后 E2 E1 發光前 h???????? ? 發光后 h??=?E2 ??E1 h??h??當外來光子的頻率滿足 h??=?E2 ??E1時，使原子中處于高 能級的電子在外來光子的激發下向低能級躍遷而發光。 激光產生的原理及條件 Laser Light Amplification of Stimulated Emission of Radiation “受激輻射光放大” 一、粒子數反轉分布及泵浦過程 要使介質對光產生放大作用，必須使受激輻射超過受激吸收 。 ? 1946年 ,美國物理學家布洛赫首次觀測 到粒子數反轉的實驗現象。 1958年，美國布隆伯根（ Bloembergen）提出“三 能級光泵方法”，成為獲得粒子數反轉的經典方 法。幾十個小組都在爭 做世界第一臺 Laser。Sr 普通的 1mW氦氖激光 10 5 W/cm 2 激光的單色性 四、相干性 (同地異時 ) 定義：在同一空間點上，由同一光源分割出來的兩 光波之間的位相差與時間無關的性質，即光 波的時間延續性。 高斯光束 一、高斯光束表達式 高斯分布 A =?A0 e ??r 2 / ??2 束腰： 振幅下降為中心的 1/e時對 應的光束截面半徑，別稱光束的截 面半徑或者光斑半徑 非特指束腰為高斯光束的最小束腰 ??( z) ??exp? ??ik ??????????????????????????????????1 + ? ?? ???????????2 ??2 ? ?? ????????????2 ???0???沿 z軸方向傳播的高斯光束的電矢量表達式為 E00 ( x, y, z) =? A0 ??( z) ????x 2 +?y 2 ? ?exp? ?????2 ?????????????????????????x 2 +?y 2 ????????????? ?????????2R( z) +?z ??+?i?? ( z)??????????=???0? ???? z ???????2??? R ( z ) = z ? 1 + ? 0 ? ? ?????????????????????????=??????? ???????0?2???????2 ? ?????? 0 ??? 0 A0 exp ? ? ik ? exp ? ? 2 ???二、高斯光束的特性 =0的情況 E ( x, y,0) =? exp? ????????? 特點 : ? 等相位 , 平面波 ? 光強分布為高斯分布 =z 0 0的情況 E ( x , y , z 0 ) = A 0 ????2?+???2?? ?????????????2?+???2???????0?????????????0????????????2???????0??? ?????????????? ?+???0???+?????????0?????? ?????????????????????????2 ?2 ? ?? ??????? z0 ?????????????????2?????2 R( z0 ) =?z0 ? 1 +???????0 ?????z0 ????????????????????? 為發散球面波 , 曲率半徑隨 Z變化 為高斯分布 ????????=???0?1?+???? ???0??????0?1 d ? (z ) 2 ??2z ??2 2 2 2 2 2 2 1 c. 發散角 2????=??2 =????????????(?????0 +?z ???) 2 =??? dz ???0 Z=0時 , 2θ=0,平面波 2 λ 2 θ = z→∞, ???0? 2 ?????0 1 ??2??0 4 ??z +?1 z = ???0?2?? ?? 2 θ = 2 λ ???0? ω 0 z θ z 2 z Z從 0到 ???0?? ?? 的區域 ,稱為準直區 3. z0 R(z)=R(z) 為匯聚球面波 其他同 Z0情況 =? 1 1 ????i 2 =? 1 1 ??2 三、高斯光束的變換 q ( z ) R ( z ) ???( z ) ????q 0 R ( 0 ) πω 0 q 0 = i ???0?2????q ( z ) = i ???0?2?? ?? +???=?q?0?+???????? —— 高斯光束 q參數在自由空間中的傳播規律 =? 1 1 ?