激光的特性

激光的特性激光的特性
6 r* R& z9 D  U$ A0 j7 ?' @: X2 V. B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。
$ p; B4 s: G% b; L$ |•1964年，钱学森建议将用于光波段的maser  命为“激光”。
3 o8 K+ k+ ?" M: @. O( \6 m二、激光器的组成
激光器主要内以下三部分组成：

/ T# N8 x: d) `& h
  T6 `8 ?$ y4 b$ L4 q
, k' G/ e: g# f; Y  o
; a- R0 ?( c: L


输出的激光的特性是：
2 W, `& f2 n" R2 G/ \; y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。
! D6 _/ P5 Z. A/ B% _% o1 Z1 L$ 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。
, j% ?0 B& A0 @) F光子简并度：
( R7 w4 |9 N* R5 d; @0 M处于同一光子态的光子数称光子的简并度。
: I5 e% o6 @# p. u7 |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。
2 M4 Z) q- q0 L+ @; p/ J, @6 v时间单位换算：
1ms（毫秒）=10-3 s                    1μs（微秒）=10-6s
& q9 I3 |) @& a+ U" {( R1ns（毫微秒）=10-9 s                1ps（微微秒）=10-12s
& s% c$ R; k" s1fs（毫微微秒）=10-15 s
5 @4 x6 `' V8 `' Z1 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
& {3 D' v0 g; _3 O3 `* J    （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：
) V" S2 G; I/ t3 N& u$ a# r' C" \三、激光的光束特性
（一）单色性
/ y  _! J0 Q6 n$ z7 g+ b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。
. |! z- c7 m8 [) u- z: Q 即   。
一般光源（最好的为86kr — 氪灯）
( ~7 o" S7 }' x0 o! A! b. F' X+ \一台稳频He-Ne激光器 ：
单色性高出4~5个数量级。



, A6 M% \# H8 z. q3 }   
, Y" o) p" X/ d, M9 ~

! {, N7 D. O0 Z+ h


4 f) Z( `, n$ l& g0 _
' G7 _: v8 _4 P" P( q3 Q& Z（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：
) I/ W; H- C8 n2 w% o% ?& Q1．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：
# j' `+ V+ d1 i  D% s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）

0 T2 s# P$ r1 Z4 O: G" 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。
( ^2 B' s* S) Q7 H- x  Q/ O; H•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：
$ n1 P4 ?4 o8 R/ k4 B- P2 d% Z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
9 n' X; C% ~# V! 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）。
$ W, S# ?7 R* I( |4 L即： ，或 。
$ G& }0 G# p4 a9 v% z4 j) |2．时间相干性：
3 V3 i7 \. e% g  H. R2 _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。
, P4 J# S: y1 L$ P1 A3 t9 e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。
8 b3 _% T  Q* e# U% z1 ?: u- f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
# N4 K+ L# S* A2 q: [$ |/ f    2．对6328 A°He-Ne激光，相干时间τC=1.3×10-4S
( n1 d8 Q$ i) a- k相干长度LC=1.3×10-4S×3×1010cm/S=3.9×106 cm≈40km、
" }) E7 F# V3 e& ^; S四、高亮度：（Bb）
5 g0 P; v, C- x0 t; y
, N# `% }) B; Y, B/ o3 iP—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
# [( d0 q* K/ B. ^          相干性好，则Δν小
所以，P一定时，Bb大

cgsolar

很不错，看啊看你