激光原理与技术课程报告..docVIP

激光原理与技术课程报告【摘要】对在选修课上学到的知识进行回顾与梳理，内容包括激光的特性、产生原理、选模技术、调制技术、调Q应用等等。【】Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation，Laser ） 作用 应用实例 相干光 可进行调制、传递信息 光纤通信 平行度非常好 传播很远距离能保持一定强度，可精确测距测速 激光雷达 可会聚于很小的一点，记录信息密度高 DVD、CD、VCD机，计算机光驱 亮度高 可在很小空间短时间内集中很大能量 激光切割、焊接、打孔医疗手术 产生高压引起核聚变 人工控制聚变反应 激光产生机理： 自发跃迁和自发辐射 光子频率 普通光源（白炽灯、日光灯、高压水银灯）的发光过程为自发辐射。各原子自发辐射发出的光彼此独立，频率、振动方向、相位不一定相同——为非相干光。 受激跃迁和受激发光，光放大同时发射一个与外来光子相同的光子 受激吸收指处于低能级的粒子当吸收一定频率的外来光能后会跃迁到高能级上。 粒子数反转 固体激光器 一般讲，固体激光器具有器件小、坚固、使用方便、输出功率大的特点。这种激光器的工作介质是在作为基质材料的晶体或玻璃中均匀掺入少量激活离子，除了前面介绍用红宝石和玻璃外，常用的还有钇铝石榴石（YAG）晶体中掺入三价钕离子的激光器，它发射1060nm的近红外激光。固体激光器一般连续功率可达100W以上，脉冲峰值功率可达109W。 气体激光器 气体激光器具有结构简单、造价低；操作方便；工作介质均匀，光束质量好；以及能长时间较稳定地连续工作的特点。这也是目前品种最多、应用广泛的一类激光器，占有市场达60％左右。其中，氦－氖激光器是最常用的一种。 半导体激光器 半导体激光器是以半导体材料作为工作介质的。目前较成熟的是砷化镓激光器，发射840nm的激光。另有掺铝的砷化镓、硫化铬硫化锌等激光器。激励方式有光泵浦、电激励等。这种激光器体积小、质量轻、寿命长、结构简单而坚固，特别适于在飞机、车辆、宇宙飞船上用。在70年代末期，由于光纤通讯和光盘技术的发展大大推动了半导体激光器的发展。 液体激光器 常用的是染料激光器，采用有机染料作为工作介质。大多数情况是把有机染料溶于溶剂中（乙醇、丙酮、水等）中使用，也有以蒸气状态工作的。利用不同染料可获得不同波长激光（在可见光范围）。染料激光器一般使用激光作泵浦源，例如常用的有氩离子激光器等。液体激光器工作原理比较复杂。输出波长连续可调，且覆盖面宽是它的优点，使它也得到广泛应用。? 激光选模技术 目的：减少激光模式数，改善激光的方向性，提高单色性。 纵模 沿腔轴线方向电磁场的本征态。纵模数表示激光振荡频率数，纵模数多，单色性差。单一纵模单色性最好。 短腔法 原理: 利用减少腔长的办法增加纵模频率间隔当△vq△vg时，实现单模振荡。 特点： 结构简单，无插入损耗，只需缩短腔长即可实现单模。 输出功率减小，L小，工作物质尺寸小，模体积小，输出功率小。 只适用于增益介质线宽△vg窄的气体激光器中。 法布里－珀罗标准具法 原理：当把标准具放在腔内时，除了处于标准具最大透过率频率的光之外，其他频率的光由于反射损耗大，不能振荡，激光的振荡频率受到限制。 特点： 输出功率比较大 通过改变标准具参数的方法适用于各类激光器选模 存在插入损耗 腔内激光能量不能太高，否则损害标准具 横模 在腔中垂直腔轴方向的电磁场的本征态。不同的横模，光场分布不同，光束的发散角不同。基横模光强是高斯形，光场分布均匀，发散角最小。随着横模序数的增加，光场的范围加大，分布不均匀，发散角越来越大。一般激光器中有很多模式振荡，实际的光场分布是复合模。为了改善激光的方向性，必须选出基横模。 小孔光阑法 聚焦光阑法 腔内望远镜法 稳频技术 稳频目的：使频率本身稳定，即不随时间、地点变化，稳频是实际的要求。 影响激光频率稳定的因素：频率的稳定性主要取决于n，L的稳定 引起n，L变化的外界因素： 温度变化的影响 大气变化的影响 机械振动的影响 磁场的影响 引起频率变化的内部因素： 激光管内充气压比例不同，气压、放电电流变化引起频率变化 由于原子自发辐射造成的无规则噪声影响到频率 稳频的实质：保持n、L不变。 兰姆凹陷法 把激光器中原子跃迁的中心频率作为参考频率，把激光频率所得到跃迁的中心频率上 饱和吸收法 把振荡频率锁定到外界的参考频率上，如用分子或原子的吸收线作为参考频率；选取的吸收物质的吸收频率必须与激光频率相重合 调Q(Q开关)技术 Q值定义为在激光谐振腔内，储存的总能量与腔内单位时间损耗的能量之比。Q值是评定激光器中光学谐振腔质量好坏的指标（品质因数）。 调节Q值的途径：一般采取改变腔内损耗的办