激光的特性

激光的特性激光的特性
. L) m& ], Z. G% C' Z0 b8 ]一、激光的产生
& S" u3 _, v, Q1 M60年代以来，人们一直在寻找一种强的相干光源。
( K- ^6 `. V$ x/ K•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）。
- q- g& s7 K4 P; S: R( V•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。
+ A. x; o) V9 B- j/ V7 q9 B•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
: g/ f8 G. }! _1 p% t9 ^$ \5 I9 }激光器主要内以下三部分组成：
! a6 g' E6 V) _: W


" T# _4 \/ ]- U
3 y0 b) E- q/ q- E7 a

7 C8 T7 V% \4 q+ J
; K! _5 [- w7 y; Y  o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。
4 c% w) U; W2 Y% h3 N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：
5 s" P0 o4 X" H! T1ms（毫秒）=10-3 s                    1μs（微秒）=10-6s
$ X5 n5 E7 x; h/ B+ p: c1ns（毫微秒）=10-9 s                1ps（微微秒）=10-12s
/ P# n6 c7 |( R& P. D& G1fs（毫微微秒）=10-15 s
3 j: ?3 s2 ?* T: a3 [) s4 U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
8 p6 G4 r- G+ S+ e0 J    （2）对脉冲能量为5mJ，脉宽为5fs的激光脉冲
6 Z8 ^7 m( Q2 W' R# b' r0 R- o         若通过短焦距透镜聚焦的其←焦斑直径为0.001mm（1μ）
, A9 v  p; `$ W- g% U         则其瞬时功率可达： （兆兆瓦）
! Z4 k8 h& m& l. q# a             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：
; _3 Q3 Y" q+ i6 {1 z•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。
& a2 U" T9 C8 N) |/ V
1 c8 b3 s9 K1 u. X
  Z8 Y2 x- L& {9 p- a, Y6 x& X$ `
, q, m' V4 }; _5 t% j   
  m0 ]6 ?/ j- J' o
) K! P9 p& U7 |+ i  j# S3 C" ~6 c
, a2 x9 a" b8 y! `: b% [9 i
2 C4 P2 @! Q# \6 y% ~
* `( `: M# P) O" d6 ^0 E$ s* V
( Z- }6 ~' [' Z+ n- C
# {! i2 o2 t* n6 H' c' f（二）方向性
* e. U4 s( }% ~用光束发散角来描述光束的方向性（2θ）
% W6 O' i5 Z& i# r8 g* x+ e4 \: X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。
! h2 K8 t9 G  \- y" }3 R. A2．单模He-Ne激光，发散角为10-3~10-4 rad
仅是普通光源的：
. C& P( i( P7 D. @; w' o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）
* j' W+ q% c' J( i9 _5 o
•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。
8 f7 }! S3 u. N: m7 X0 P•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
( L: d" ?* a5 G. g9 f1．空间相干性：
' A4 W7 ~! G4 {; s" z& O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。
! N7 }* ^$ f( s6 v# g) U如双缝干涉：
' ^' A4 q( l/ b. ?- q; }+ s% Z3 P/ p•同一时间不同空间位置的光波位相差（P）是否恒定
+ {! {) U  F! Q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
5 f  Z1 _6 G# T) T/ j- L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）。
" f2 k# g2 G! y即： ，或 。
- k. a% i. |% Z2 D. ]& m; M2．时间相干性：
7 T9 N( d2 P1 K# ~8 V& b( g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。
* u) R7 P6 M$ R! ~: o. |& W9 r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
0 B* n+ z" G4 I    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）
9 k7 b) c0 P" {( h& w, F7 Y  M8 C因为激光：方向性好，则ΔS小，ΔΩ小
! b7 I3 F8 P9 Q, v; ~. m/ _          相干性好，则Δν小
所以，P一定时，Bb大

cgsolar

很不错，看啊看你