激光的特性

激光的特性激光的特性
' t2 b6 a) h/ [2 o3 f$ c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）。
9 @% Q* g4 q+ ]  l0 ?, o•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。
; F% D. Z0 d! J, r4 F/ `  T% U/ M•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：
3 O6 @) T, A! V7 E

7 }1 @$ d" Z2 `& k6 f5 w( O
/ V( {4 t' D0 t/ X  G



" u7 l: W* T( {/ N) c输出的激光的特性是：
0 e( C# V7 |0 ?$ u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。
6 x$ T) \- m, V" m6 j/ I( _, G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。
% h5 Z% D5 s' P8 Q: K5 [' _# ?光子简并度：
处于同一光子态的光子数称光子的简并度。
' o. v% k1 e3 }+ P! B1 ?$ `0 Y' H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
- q0 V5 C0 u' z# @5 C1fs（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：
6 k$ m/ o6 V9 z! d! ~0 A          兆瓦
$ B$ v# n+ J& D) s6 r    （2）对脉冲能量为5mJ，脉宽为5fs的激光脉冲
$ G. @, g4 M( [6 S5 t4 ~         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）
  o* z7 R5 i, x8 b             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：
* s+ j8 A5 |) \1 ~: E: S•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）
% u5 u$ u, p- }& j一台稳频He-Ne激光器 ：
单色性高出4~5个数量级。
, {' v$ z7 C6 @+ i
4 u4 k# _. O8 V: ^$ s; m8 N, O

   
9 U( z0 A; m! _* h

, g/ t7 B6 {, `# P8 v! H+ k
; G* p) S/ h9 y- _) o5 N% L
. k' T5 H$ ]% ]" @1 x+ a! k$ |8 S% j
" \* B4 w" S; B4 ]4 T
% A1 k, n# a; |# |' I（二）方向性
用光束发散角来描述光束的方向性（2θ）
/ [4 c2 ]7 P9 v" k& c2 a  T亦可用立体角ΔΩ=πθ2来描述：
6 \2 \* [/ `8 r7 ?$ X- y1 q; _4 k1．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）

" x" |& H# w1 q& f•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。
' I. D: {5 W& O•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。
3 Q6 n3 O, L; m" ^- y7 e•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。
/ l# Q( s' W' V1 k   （三）相干性
6 g0 c$ E8 P) o9 v$ m0 r& `; m1．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。
, w* [: y) s, u, R) I如双缝干涉：
6 d+ ~# {: O/ ~4 E  y•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 。
/ j0 o. i) C9 V3 ~* l* r! t" U/ h. ?2．时间相干性：
& _* e% ^1 ^. f9 o% C1 z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。
/ M5 g7 p. S' \1 f/ f- q% t( Y5 p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、
0 n) S: _# t# W" _) y/ p# `四、高亮度：（Bb）

. T  E2 E! m6 S( i( u/ WP—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
5 o8 A  l5 j2 b# I3 c& f所以，P一定时，Bb大

cgsolar

很不错，看啊看你