激光的特性

激光的特性激光的特性
2 ~+ ]1 ?; G# 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）。
1 b, E8 e2 ?) P+ ]5 D( ?•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”。
8 m" {8 O- b0 _7 E9 U8 @/ Y二、激光器的组成
激光器主要内以下三部分组成：
# h) z, z5 M1 w' l! ~


. ~$ p$ i* m- |0 |5 P2 C, I

0 ]* w# Z* o. M7 j' j* E

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。
* l! g; k! E$ V5 W- o6 A光子简并度：
7 t1 V/ _% X( S) G处于同一光子态的光子数称光子的简并度。
  m$ l1 O# i. Y+ d% z) P6 s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
& a' L/ }# t* B7 L7 X" u4 d- 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 Y! s; N* V8 `9 ]4 U& L$ \( P/ y          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。
) y  W' r* M4 L7 l3 N 即   。
, n2 X& K2 W1 [# P一般光源（最好的为86kr — 氪灯）
, X! [7 H5 y: h' n" {. K一台稳频He-Ne激光器 ：
单色性高出4~5个数量级。
  z" R/ @; Y" x' \, x9 Q


4 ?. D" J# y) M   


# J; X- P* G) i( S( i8 `. q" s( \; v
. X- ?. m- {$ V' o: `: s1 V


- ?; i3 s5 Y- F7 _（二）方向性
用光束发散角来描述光束的方向性（2θ）
) R1 `# m! x! ]亦可用立体角ΔΩ=πθ2来描述：
* o* Y2 ?- @9 A8 R( W! u1．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：
& c$ k" K& r3 ~( [5 G! B9 q4 n# E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）
8 _! {) Y; p! G6 a& b* z
( I  P6 b9 q: _. g  _•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。
: L+ t) u0 k' b# [•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。
: n( `( p, G$ X# q3 x•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。
6 ]6 U% J, s$ s* Z4 c' `8 B   （三）相干性
- ]7 ~; D/ {1 p- x  N& [* n9 [4 a1．空间相干性：
" z( j" N3 ]3 n# h+ q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：
7 E! E# V, h+ M•同一时间不同空间位置的光波位相差（P）是否恒定
/ b5 l, m: Q- V3 l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）。
/ L2 h; A2 h3 K4 d  }; R即： ，或 。
! H2 l# A7 E* g0 {1 Z* v2．时间相干性：
' E7 M  @% }, b' ?( p7 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。
; g. p$ M+ h  G  Y- R! O: F, s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。
# G. x( V9 ?8 D0 m6 L) `. C" N1 T6 @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
6 l; m# a3 N6 a) O6 `    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）

' k  c* `1 u3 W2 U9 hP—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

cgsolar

很不错，看啊看你