激光的特性

激光的特性激光的特性
$ u8 M" \+ q! v一、激光的产生
8 h# n6 ]( v4 Y- S" N60年代以来，人们一直在寻找一种强的相干光源。
) E* N" q0 C0 n' U$ A•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）。
- h! _) a3 N4 p7 j" O9 i; @6 d* W•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。
, `9 J  x$ ]6 X9 m9 t•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。
9 v" `! W7 a- r6 {4 B' W7 Z, P•1964年，钱学森建议将用于光波段的maser  命为“激光”。
3 O3 G7 z4 s% E6 z二、激光器的组成
激光器主要内以下三部分组成：
2 q" k( P2 `2 s) g- i! q5 e' g: c
5 L( W; P6 X5 F
: i7 r: C" t; P* A& i' j! ]




输出的激光的特性是：
5 K1 G2 X! s. @, Q) X( ?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。
3 T4 L+ p! t: h; G7 L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。
9 B9 R% }/ V  \0 H. |光子简并度：
/ [- s0 E6 q8 v/ S处于同一光子态的光子数称光子的简并度。
. ]3 U! Q! l' e4 x! b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：
; `: a# u, n# N1ms（毫秒）=10-3 s                    1μs（微秒）=10-6s
8 e! }7 \# d9 E3 e1ns（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
+ v+ ^8 K/ C4 e0 Y    （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：
/ I: {9 q( f% U5 M1 W/ ?' X" w3 Z& W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。
  u. ]# w( _* U. f. i; u: E  E 即   。
一般光源（最好的为86kr — 氪灯）
4 ^. C% o3 O7 e9 Q1 q0 E一台稳频He-Ne激光器 ：
单色性高出4~5个数量级。
1 m9 y( W" l. u


4 p% J* y3 Z2 G9 N  Z( I4 j   
) T3 v6 ~/ ~  H( k: m
, y: c2 A6 [) ]3 ~) L
$ b$ {3 C. I5 u7 h1 a6 v
8 x8 g# D' k2 ], g
5 ]& s/ J: {' i3 i7 q; d9 t; j

! X8 p7 n5 k0 V% E. J3 P2 g: }（二）方向性
用光束发散角来描述光束的方向性（2θ）
2 @: q% r$ c  [亦可用立体角ΔΩ=πθ2来描述：
4 X% [# W, t* r. B$ U! f1．普通光源的方向性很差，光能量向4π球面度辐射，方向性差。
3 h, ?' E( z, N& M; v; C, h2．单模He-Ne激光，发散角为10-3~10-4 rad
, w# s: Y4 x- m& j% P仅是普通光源的：
2 x, x# A6 P2 H& J' w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）
. ~9 `, |# S! b8 b1 ]5 d& _' X
' l' G4 R! ?+ N& z" `•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。
/ f- e: [' ?# ~6 k: s. E3 A   （三）相干性
5 E) p% }) v. {3 w1．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。
( u6 G, a( q# t) H5 \2 F, x* x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
+ [* V  }( t. I; R* {: d$ r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
% w: d& m* |7 `) x$ J1 @5 Y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）。
. Q. e6 _4 I" Q; |& T- W& F4 z) u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
  R. A7 `3 t+ n: v2 s•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
7 D9 ?# {3 I& n5 r6 `1 T相干长度LC=1.3×10-4S×3×1010cm/S=3.9×106 cm≈40km、
四、高亮度：（Bb）

# ?: |  {; B7 V' Y; LP—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
' ^/ [/ N- s; e: j1 t9 C" E: ~所以，P一定时，Bb大

cgsolar

很不错，看啊看你