激光的特性
激光的特性激光的特性一、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”。
二、激光器的组成
激光器主要内以下三部分组成：
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）4.6×10-15 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。
时间单位换算：
1ms（毫秒）=10-3 s 1μs（微秒）=10-6s
1ns（毫微秒）=10-9 s 1ps（微微秒）=10-12s
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：
兆瓦
（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（1μ）
则其瞬时功率可达： （兆兆瓦）
瞬时功率密度：
三、激光的光束特性
（一）单色性
用谱线宽Δλ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Δλ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4~5个数量级。
（二）方向性
用光束发散角来描述光束的方向性（2θ）
亦可用立体角ΔΩ=πθ2来描述：
1．普通光源的方向性很差，光能量向4π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：
激光发散角与（80万分之一到800万分之一）激光器出射孔径联（衍射极限）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（5~10）×10-2 rad，且两个方向发散角不一样。
（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
由于激光有极好的方向性（发散角小）可看成so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： ，或 。
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。
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M2′是M2的镜象，移动M1，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λ0=6057A°，相干时间约为τc=2.5×10-9S
则相干长度为：LC=2.5×10-9S×3×1010cm/S=7.5×10≈75 cm
2．对6328 A°He-Ne激光，相干时间τC=1.3×10-4S
相干长度LC=1.3×10-4S×3×1010cm/S=3.9×106 cm≈40km、
四、高亮度：（Bb）
P—辐射功率，ΔS—幅射面积，ΔΩ—立体角，Δν—辐射线宽（对可见光）
因为激光：方向性好，则ΔS小，ΔΩ小
相干性好，则Δν小
所以，P一定时，Bb大 很不错，看啊看你
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