激光技术教学ppt课件

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1、激光的基本原理激光器激光的特性及其应用激光技术一、激光的基本原理激光是“受激辐射光的放大”的简称，LightAmplificationbyStimulatedEmissionofRadiation，缩写为LASER1、光与物质的相互作用自发辐射过程受激吸收过程受激辐射过程（1）自发辐射原子在没有外界干预的情况下,电子会由处于激发态的高能级自动跃迁到低能级,这种跃迁称为自发跃迁.由自发跃迁而引起的光辐射称为自发辐射..发光前.。发光后自发辐射过程的概率只与初态E2上的原子数密度N2有关，单位时间内，因自发辐射跃迁而产生的光子数的密度为A21自发辐射系数，物理意义：单位时间内发生自

2、发辐射的原子数密度在处于高能级的原子数密度中所占有的比例，或者说是每一个处于高能级的原子在单位时间内发生自发辐射的概率。E2能级上的原子数减少到原来的1/e，称为原子在E2上的平均寿命，或简称为能级的寿命N20为t=0时的N2值各个原子的各个能级的平均寿命与原子结构有关。一般来说，原子激发态的平均寿命的数量级为10-8秒，有一种特殊的激发态，原子在此激发态上的寿命特别长，可以达到10-4~1秒——亚稳态如果在能级En以下存在着不止一个较低的能级，则能级平均寿命的更一般的表达式为（2）受激吸收原子吸收外来光子能量,并从低能级跃迁到高能级,且,这个过程称为光吸收.吸收后。.吸收前.

3、设频率为的外来光子的单色辐射能量为，低能级E1上的原子数密度为N1，则单位时间内由于吸收外来光子从E1跃迁到高能级E2上的原子数密度称为受激吸收的跃迁概率B12为受激吸收系数，如果令自发辐射概率对每一个能级系统是一常数，而对于受激吸收，只有受激吸收系数对每一个能级系统为常数，而受激吸收跃迁概率W12与入射光强有关，不是常数是在单色辐射能量密度为的光作用下，在单位时间内产生受激吸收的原子数在E1能级的原子数密度中所占的比例，也就是处在E1能级的每一个原子在单位时间内发生受激吸收的概率，W12称为受激吸收的跃迁概率。（3）受激辐射由受激辐射得到的放大了的光是相干光,称之为激光.原

4、子中处于高能级的电子,会在外来光子(其频率恰好满足)的诱发下向低能级跃迁,并发出与外来光子一样特征的光子,这叫受激辐射...。发光前发光后受激辐射的光放大示意图如果处于能级E2上的原子数密度为N2，入射光单色辐射能量密度为，则在单位时间内受激辐射的原子数密度为B21为受激辐射系数，令W12是单位时间内，在单色辐射能量密度ρ(v)的入射光作用下，由于受激辐射跃迁到能级E1的原子数密度在E2能级总原子数密度中所占比例，也就是在E2能级上每个原子在单位时间内发生受激辐射的概率，所以W12称为受激辐射概率一个原子系统中有处于能级E2的原子时，就有自发辐射，而这种自发辐射的光子对于原子就

5、是外来光子，会引起它的受激辐射的发生（也有受激吸收发生）。占优势，证明，在热平衡体系中（i）受激辐射跃迁概率与自发辐射跃迁概率A21的关系。越小，T越大，受辐射跃迁的概率与自发辐射跃迁概率比值越大。当光和原子相互作用时，必然同时存在着自发辐射、受激吸收和受激辐射三种过程，表征三种过程的三个系数A21、B12和B21之间存在联系，可以证明B12=B21=B（ii）自发辐射、受激吸收和受激辐射的关系2、粒子数反转分布表明,处于低能级的电子数大于高能级的电子数,这种分布叫做粒子数的正常分布.叫做粒子数反转分布.已知粒子数的正常分布.....。。。。。。。。。。。。。粒子数反转分布.

6、..............。。。。。要实现粒子数反转，必须具备一定条件：一是要具备必要的能源（如光源、电源等），把低能级上原子尽可能多的激发到高能级上去，这个过程叫做“激励”、“激发”或者叫“抽运”、“泵浦”；二是必须选取能实现粒子数反转的工作物质，这种物质具有合适的能级结构，即具有亚稳态，这种物质称为激活介质。产生激光最起码的条件造成粒子数反转分布有些物质具有亚稳态，它不如基态稳定，但比较激发态要稳定得多，如红宝石中络离子、氦原子、氩原子、二氧化碳等粒子中都存在亚稳态，具有亚稳态的工作物质，就能实现粒子数反转。三能级系统和四能级系统的工作物质红宝石中铬离子能级示意图..。。

7、基态亚稳态激发态当红宝石受到强光照射时，铬离子被激励，使处于基态的大量铬离子吸收光能而跃迁到激发态上，被激发的铬离子在能级上的平均寿命很短，约为，所以很快转移到能级上，此能级寿命较长（10-3秒），因而不立即以自发辐射的方式返回基态3、光学谐振腔与阈值条件激活介质本身不是一台激光器，在激活介质内部受激辐射与自发辐射是同时存在的，且后者占主导地位。即使在工作物质处于粒子数反转分布情况下，所获得光的强度是很弱的，没有实用价值。设计一种装置，使在某一方向上的受激辐射不断得到放大和加强，就是说，使受