激光原理 复习课(4)
激光原理与技术复习
激光原理与技术复习激光（Laser）是一种产生具有高度相干性、单色性和直线传播特性的电磁辐射的装置或系统。
激光原理与技术是激光的产生、放大、调谐、传输及应用的基本原理和方法。
下面将从激光原理、激光器的结构与工作原理、激光放大原理，激光调谐原理和激光应用等方面进行复习。
激光原理：激光的基本原理是利用物质的电子、原子或分子之间的能级跃迁和光的受激辐射相互作用产生的。
激光的产生需要具备以下几个条件：工作物质具有能级跃迁，在激发态和基态之间存在一个稳定的维持装置；能比较容易地将激发态的粒子数目大于基态的粒子数目；能量输入到工作物质中来维持激光产生。
激光器的结构与工作原理：激光器的基本结构由光学腔、泵浦源和工作物质组成。
激光的产生主要经历电子和能级跃迁两个过程：激发过程和放射过程。
其中激发过程是将静态基态的电子通过吸收光共振激发到激发态；放射过程主要有自发辐射和受激辐射两种形式。
当工作物质中的激发态电子由自发辐射退激到基态时，会产生光子并放出能量。
而当一光子经过一个被激激发的原子时，能够促使该原子发射一个与之方向、频率、相位完全一致的光子，这就是受激辐射原理。
激光放大原理：激光放大的原理是利用激光受激辐射的特性，将出射光子传递到另一个有重复态的原子，使其放出同样频率、振幅和相位的光子，实现放大。
激光放大主要经过两个过程：吸收过程和放射过程。
吸收过程中，光子与工作物质中的原子相互作用，光子的能量被传递到原子中，激发原子中的电子到激发态。
放射过程中，激发态的原子由于自发辐射或受外界光的作用而跃迁到基态，释放出能量并放出同样频率、振幅和相位的光子。
激光调谐原理：激光调谐的原理是通过改变激光器的谐振光路，使激光器输出的光波长可调。
常见的调谐方法有机械调谐法、电光调谐法、热调谐法和电流调谐法。
机械调谐法通过改变激光器腔体的长度或曲率，改变光的传播路径来实现光波长的调谐。
电光调谐法通过在激光介质中施加电场调节介质的折射率来实现光波长的调谐。
激光原理复习课
I0:初光强，l:传播 距离, I:末光强
1 I G ln l I0
例： 激光束通过长0.5m的激光介质后，光强 增至初始光强的e倍，求此介质的增益系数.(不考 虑增益饱和) 解
eI0 1 I 1 G ln ln 2m1 z I 0 0.5 I 0
六、光腔按几何损耗(几何反射逸出)的分类:
c
0 υ υ ( ) 2、单色平波面——具有单一频率的平面波
简谐波波矢——空间角频率 光波模——以某一波矢
2 k n0
各种介质μ中传播时，保持其原有频率不变，而速度各不相同
为标记的驻波
自由空间中的电磁波:任意波矢k的平面波均可以存在! 受边界条件限制空间的电磁波：只能存在一系列独立的 具有特定波矢k的平面单色驻波。
3、 增益饱和：在抽运速率一定的条件下，当入射光的光强很 弱时，增益系数是一个常数；当入射光的光强增大到一定程度 后，增益系数随光强的增大而减小。
均匀增宽介质的增益饱和 (1) 和 谱线中心频率 0 是
G 0 ( )
G ( )
的对称轴, 在 0 处它们 有最大值; 0 越大, G ( ) 和
2
原因: v 偏离v0 越大, G ( )
饱和效应越弱,曲线下降越缓慢.
非均匀增宽介质的增益饱和
对均匀增宽工作物质, 入射光所引起的饱和效应使增 益曲线整体下降; 但在 0 处, 增益饱和最显著; 偏 离中心频率越远, 饱和越弱, 增益下降越小。 增益均匀饱和而不形成烧孔
2、决定腔模的形成：
v
v1
频率v1的准单色入射光入射时:
①当入射光频率为v1时,对表观中心频率为 va v1的粒子将与光有最大的相 A1 点 互作用,饱和作用最强,在光强为I的光波作用下,n(v1 ) 从A点下降到 . ②当入射光频率为v1时,对表观中心频率为 vb v1 dv 的粒子,由于入射光频 率v1偏离中心频率vb,所以引起的饱和效应较小，它仅下降到 B B1 点.
激光原理复习知识点讲课教案
激光原理复习知识点一 名词解释1. 损耗系数及振荡条件:0)(m ≥-=ααS o I g I ,即α≥o g 。
α为包括放大器损耗和谐振腔损耗在内的平均损耗系数。
2. 线型函数：引入谱线的线型函数p v p v v )(),(g 0~=，线型函数的单位是S ，括号中的0v 表示线型函数的中心频率，且有⎰+∞∞-=1),(g 0~v v ，并在0v 加减2v ∆时下降至最大值的一半。
按上式定义的v ∆称为谱线宽度。
3. 多普勒加宽:多普勒加宽是由于做热运动的发光原子所发出的辐射的多普勒频移所引起的加宽。
4. 纵模竞争效应：在均匀加宽激光器中，几个满足阈值条件的纵模在震荡过程中互相竞争，结果总是靠近中心频率0v 的一个纵模得胜，形成稳定振荡，其他纵模都被抑制而熄灭的现象。
5. 谐振腔的Q 值:无论是LC 振荡回路，还是光频谐振腔，都采用品质因数Q 值来标识腔的特性。
定义p v P w Q ξπξ2==。
ξ为储存在腔内的总能量，p 为单位时间内损耗的总能量。
v 为腔内电磁场的振荡频率。
6. 兰姆凹陷：单模输出功率P 与单模频率q v 的关系曲线，在单模频率等于0的时候有一凹陷，称作兰姆凹陷。
7. 锁模：一般非均匀加宽激光器如果不采取特殊的选模措施，总是得到多纵模输出，并且由于空间烧孔效应，均匀加宽激光器的输出也往往具有多个纵模，但如果使各个振荡的纵模模式的频率间隔保持一定，并具有确定的相位关系，则激光器输出的是一列时间间隔一定的超短脉冲。
这种使激光器获得更窄得脉冲技术称为锁模。
8. 光波模：在自由空间具有任意波矢K 的单色平面波都可以存在，但在一个有边界条件限制的空间V 内，只能存在一系列独立的具有特定波矢k 的平面单色驻波;这种能够存在腔内的驻波成为光波模。
9. 注入锁定：用一束弱的性能优良的激光注入一自由运转的激光器中，控制一个强激光器输出光束的光谱特性及空间特性的锁定现象。
（分为连续激光器的注入锁定和脉冲激光器的注入锁定）。
激光原理复习自整理详解
激光原理复习自整理详解激光（Laser）是指将电能、化学能、光能等不同形式的能量转化为相干单色光束的一种装置。
激光器可精密控制光的时间、空间强度分布，因此被广泛应用于科学研究、医疗、通信、制造等领域。
激光的产生是基于光放大原理和光产生原理。
光放大原理即光在经过光学放大介质时，通过受激辐射过程放大而得到激光。
光产生原理则是指在光学放大介质中，通过受激辐射过程得到的初级激光，再经过多次光放大过程最终得到激光。
下面就详细介绍激光的产生原理。
1.激光器的组成激光器主要由光学谐振腔、激光介质和泵浦源三部分组成。
-光学谐振腔：用于延长光在激光器中的传播距离，增强激光的反射和放大效应。
-激光介质：负责将入射光转化为激光的介质，常见的激光介质有气体、固体和液体等。
-泵浦源：为激光介质提供能量，使其处于各能级的适当分布。
2.可逆过程和受激辐射受激辐射是产生激光的基本原理之一、当激光介质从低能级跃迁到高能级时，如果有一束与该过程产生的光子完全匹配的入射光通过，该过程将被增强。
这是一种受激辐射过程，其与自发辐射（即自发跃迁）形成了对称关系。
3.反射和放大过程激光器中的光线会在光学谐振腔内被多次反射，导致光线的衰减和放大。
谐振腔中有两个镜子，其中一个镜子是半透明的，称为输出镜，另一个镜子是全反射的，称为输入镜。
-当光线经过输出镜时，一部分光经过透射，成为激光器的输出光。
经过透射的光具有激光的特性，即单色、相干和定向等。
-另一部分光线经过反射，回到激光介质中，形成了反射光。
反射光在激光介质中被吸收、放大，然后再次被反射。
这个过程中，入射光不断放大，最终形成激光。
激光产生的过程可以概括为：泵浦源提供能量给激光介质，使其处于激发态；谐振腔内的光经过多次的反射和放大，形成激光。
总之，激光产生的原理是基于光放大和受激辐射过程，通过泵浦源提供能量给激光介质，经过光学谐振腔的多次反射和放大，最终形成相干单色激光。
激光具有独特的光学特性，广泛应用于各个领域。
激光原理复习
激光原理第一章1. 激光器的组成部分及作用（1）工作物质（激活物质）：用来实现粒子数反转和产生光的受激发射作用的 物质体系。
（2）泵浦源：提供能量，实现工作物质的粒子数反转。
（3）谐振腔：①提供轴向光波模的正反馈②模式选择，保证激光器单模振荡，从而提高激光器的相干性。
2. 模式数的计算单色模密度：计算例：封闭腔在5000 Å处单色模密度。
3. 光谱宽度的计算其中，为波列长度。
4. 本征状态的定义给定空间内任一点处光的运动情况，在初始条件和边界条件确定后，原则上就可求解麦克斯韦方程组，一般可得到很多解，而且这些解的任何一种线性组合都可满足麦克斯韦方程，每一个特解，代表一种光的分布，即代表光的一种本振振动状态。
5. 光子简并度的定义光子简并度对应于线度光源λ，在单位时间单位立体角内发出单位频宽的光子数(处于同一个相格中的光子数，处于一个模式中的光子数，处于相干体积内的光子数，处于同一量子态内的光子数，都有相同的含义，均定义为光子简并度)。
并用表示：V c V c g 322824νπννλπ∆=⨯⨯∆=328c n πνν=Hz c14108106105000103⨯=⨯⨯==-λυ353821432s 1035.310310614.388-⋅⨯=⨯⨯⨯⨯==m c n ）（）（πυυc l c t //1=∆≈δνc l δνλνδ∆∆Ω∆==∆ΩS h Pg n )/2(26. 光子简并度与单色亮度之间的关系光源的光子简并度，从微观上反映出光源的单色亮度。
单色亮度：。
光子简并度与单色亮度之间的关系为：7. 光子平均能量的表达同一种光子运动状态（或同一种光波模式）的光子平均能量：8. 光的自发辐射、受激吸收、受激辐射自发辐射：处于的原子在无外来光子情况下自发地向能级跃迁，发射能量以光辐射形式放出即自发辐射。
特点：自发辐射是仅与原子自身性质有关的随机过程，自发辐射的光在方向、偏振、相位方面都没有确定的关系，因此是不相干的。
激光原理第四讲
2 ye L
x2 y 2 L
2 2 Cmn H m w x Hn w y e 0s 0s
x2 y 2
2 w0 s
w0 s
L
对称共焦腔基模 镜面上光斑半径
2
2、高阶横模的场振幅分布
mnq 2
mnq 3
m1nq2 mn1q2
m1nq1 m1nq m1nq1 m1n q2 mn1q mn1q mn1q1 mn1q2
共焦腔的振荡频谱
同一频率可以有多种模式可以存在：
L 2 f2 R0 z0 1 2 z z0 z 0 0
在镜面上的场能用厄米-高斯函数描述的情况下，共焦腔场 可以表示为：
2 2 w0 Emn x , y , z Amn E0 Hm x H n y e wz wz wz
w2 z i x , y ,z r2
区 别
w0 s
L
基模在镜面上分布为高斯型
x2 y 2 L
00 x, y C00 e
1/e
C00 e
2 00
2 r 2 w0 s
I 00 x, y 00
x
2
x, y C
e
x2 y 2 2 L
C e
2 2 2 r 2 w0 s 00
I 00 w '0 s C 00 e
2
2 2 w '0 s 2 w0 s
1 2 C 00 2
2 w0 s ln 2 ln 2 w '0 s w0 s 0.5889w0 s 2 2
中考物理激光原理及应用复习知识梳理
中考物理激光原理及应用复习知识梳理激光（laser）是指由同种物质组成的光波在特定条件下产生的一种特殊光。
它具有单色性、相干性、方向性和高亮度等特点，被广泛应用于工业、医疗、通信、科学研究等领域。
在中考物理中，对激光的原理及应用有一定的考查，下面将对激光的原理和应用进行复习知识梳理。
一、激光的原理1. 激光的产生原理激光的产生是在激光器中，通过受激辐射产生的一个光子引起其他光子的受激辐射而形成的。
其主要过程包括：吸收能量、受激辐射、光子的逐渐增多、光子的任一激发态上处于较长时间等。
2. 激光的主要特性激光具有单色性、相干性、方向性和高亮度等特点。
其中，单色性是指激光的频率非常纯净，波长非常稳定；相干性是指所有的光波充分地想关联在一起，可以形成干涉图样；方向性是指激光辐射的光束非常集中，可以很容易地成为平行光束；高亮度是指激光所携带的能量集中在很小的空间内。
3. 激光器的基本组成激光器由激光介质、泵浦源、镜子、光学腔等组成。
其中，激光介质是激发光子的来源，泵浦源是为激光介质提供能量的源泵，镜子是构成激光光腔的光学元件，光学腔是放置激光介质和镜子的部分。
二、激光的应用1. 激光在医学中的应用激光在医学中有广泛的应用，包括激光治疗、激光手术和激光成像等。
其中，激光治疗主要用于癌症、眼科疾病和皮肤疾病等的治疗；激光手术主要用于激光近视手术、激光角膜塑形术等；激光成像主要用于超声激光成像、人体内部结构的观测等。
2. 激光在通信中的应用激光在光纤通信中起到了重要的作用。
激光通过纤维传输数据，使得信息传播速度更快、传输距离更远。
激光还可以用于激光雷达、激光测距等领域。
3. 激光在工业中的应用激光在工业中有广泛的应用，包括激光切割、激光焊接、激光打标、激光光刻等。
这些应用可以提高加工精度、提高加工效率、降低环境污染等。
4. 激光在科学研究中的应用激光在科学研究中的应用非常广泛，例如激光光谱分析、激光漫反射光谱等。
激光原理 期末复习 廖为兵
一．激光成分: 光子（光子不会停留）光子的基本性质: (P4)（4）光子具有两种可能的独立偏振态，对应于光波场的两个独立偏振方向（5）光子具有自旋，并且自旋量子数为整数。
激光的四个性质：(P19)（1）单色性（2）高亮度（3）方向性（4）相干性：（空间相干性、时间相干性、相干光强）自再现模：（P50）产生位置：在谐振腔的镜面上产生。
产生原因：衍射损耗。
注：1. 由于衍射主要发生在镜的边缘上，因而恰恰将对场的空间分布发生重要影响，而且，只要镜的横向尺寸是有限的这一影响将永远存在。
2. 由于每一次渡越时，波都将因衍射而损失一部分能量，而且衍射还将引起能量分布的变化。
3. 在经过足够多次渡越后，能形成这样一种稳态场：分布不再受衍射的影响，在腔内往返一次后能够“再现”出发时的场分布。
这种稳态经一次往返后，唯一可能的变化是，镜面上各点的场振幅按同样的比例衰减，各点的相位发生同样大小的滞后。
4. 我们把开腔镜面上的经一次往返能再现的稳态场分布称为开腔的自再现模或横模。
自再现模一次往返所经受的能量损耗称为模的往返损耗。
在理想开腔中，等于前面所指出的衍射损耗。
自再现模经一次往返所发生的相移称为往返相移，该相移等于2的整数倍，这就是模的谐振条件。
横模：在激光器谐振腔中，把垂直于传播方向上某一横截面上的稳定场分布称为横模，即横截面上光强的分布。
（注：减少横模的主要途径有：1、改善谐振腔反射镜与工作物质端面所形成的光路的等效平面性，如果产生了凸透镜效应则要想办法补偿；2、减小谐振腔和工作物质直径。
）纵模：纵模是指沿谐振腔轴向的稳定光波振荡模式，简单而近似的说，纵模即频率。
模的概念()P26开腔中的振荡模式以TEM mnq表征，TEM表示纵向电场为零的横电磁波，m、n、q为正整数，其中q为纵模指数，m、n为横模指数。
模的纵向电磁场分布由纵模指数（通常是一个很大的正整数）表征，在驻波型谐振腔中，q代表场在纵向的波节数。
横向电磁场分布与横模指数有关。
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三、简答题（一） 简答题（
1、简述受激辐射与自发辐射的相同点和不同点。 2、在He-Ne气体激光器中，激光工作物质是Ne原子，请说明为何加入He原子？ 3、简述在CO2激光器中加入N2和He的作用。 4、均匀增宽型介质激光器谐振腔内能同时振荡的纵模数主要由谐振腔长以 及激光工作物质的荧光谱线决定，简述其理由。 5、简述非均匀型介质激光器增益曲线上出现“烧孔”效应的原理。 6、激光器输出激光的频率一般会出现漂移，简述引起激光器漂移的主要因 素。
五、论述题（二） 论述题（
2、气体激光器是常用的激光器，请从以下几个方面分别论述制造一台单模、 高功率、稳频激光器的设计原理和方案：（1）为何气体激光器一般是 多纵模输出？（2）如何实现高功率输出？（3）实现单纵模输出的原理 和具体方案；（4）实现稳频激光输出的原理和具体方案。 气体激光器是非均匀增宽型介质； 选择四能级系统； 采用法布里-珀罗标准具法或者复腔法选择单纵模； 采用兰姆凹陷法或饱和吸收发稳频。
1、稳定谐振腔的两个反射镜曲率半径分别为R1=40cm，R2=100cm，求腔长 L的取值范围。
0 ≤ (1 −
L L L L )(1 − ) ≤ 1 ⇒ 0 ≤ (1 − )(1 − ) ≤ 1 ⇒ 0 ≤ L ≤ 40cm或100 ≤ L ≤ 140cm R1 R2 40 100
四、计算题（二） 计算题（
三、简答题（二） 简答题（
7、为何均匀增宽型介质中存在模式竞争，而非均匀增宽型介质中却没有模 式竞争？ 8、兰姆凹陷法稳频与饱和吸收法稳频是常用的两种激光器稳频方法，二者 原理有何不同？ 9、简述高斯激光束经过透镜变换后的特性变化。 10、简述激光锁模技术的原理。 11、简述声光调Q的原理。 12、简述激光纵模述题（三） 论述题（
3、谐振腔是激光器的重要部件，对激光的产生以及产生的激光性质具有重要的作用。 请从如下几个方面详细分析激光谐振腔的作用及其作用的原理。1）延长工作物 质的长度；2）决定激光的方向性；3）决定激光的单色性；4）决定激光的相干 性；5）对激光输出频率的稳定作用。 5 激光在谐振腔之间来回传播反复经过激光工作物质，相当于延长了工作物质的长度； 由于只有在谐振腔轴附件而且方向偏离很小的光才有可能在谐振腔之间多次振荡而不 损耗，那些偏离方向大的光线被损耗了，所以谐振腔限制了激光的方向性； 根据驻波条件，只有那些在谐振腔之间满足驻波条件的纵模才能够形成激光，所以激 光的输出光频率是分离的而不是连续的；采用纵模频率间隔公式解释。 由于谐振腔的选模作用，激光具有很好的单色性，同时又限制了激光的方向性，所以 就决定了激光的相干性； 谐振腔的调整可以实现激光的稳频。举例兰姆凹陷稳频和饱和吸收稳频原理。
采用某种办法使谐振腔在泵浦开始时处于高损耗低Q值状态，这时激光振荡 的阈值很高，粒子数反转即使累积到很高水平也不会产生振荡；当粒子 数密度反转数达到其峰值时，突然使腔的Q值增大，将导致激光介质的 增益大大超过阈值，极其快速地产生振荡，从而获得能量巨大的短脉冲 激光输出。
四、计算题（一） 计算题（
在非均匀增宽型介质中，频率为v1 、强度为I 的光波
1+
只在附近宽度约为 ，如图下图所示。
I ∆ν Is
的范围内有增益饱和作用
根据激光纵模频率与谐振腔长的关系，温度变化引起的热胀冷缩从而引起激光谐振 腔长的变换，从而引起激光器输出频率的漂移；另外一个重要因素是温度以及 湿度的变化会引起激光工作物质折射率的变化，从而引起激光器谐振腔的光学 长度的改变，并引起激光频率的漂移。
一、选择题（三） 选择题（ 选择题
10、激光器输出的纵模频率主要决定因素是：（ C ） A）激光介质的荧光谱线；B）激光器腔长；C）A和B 11、激光器工作物质缺陷造成的展宽机制主要是：（ B ） A）均匀展宽；B）非均匀展宽；C）碰撞展宽； 12、激光器产生稳定激光输出的条件之一是：（ B ） A）实现粒子数反转；B）激光物质的增益系数大于激光器的总体损耗阈 值；C）有小激光输入； 13、短焦距凸透镜对高斯激光束的作用为：（ A ） A）会聚作用；B）发散作用；C）准直作用； 14、激光共心腔是：（ B ） A）稳定腔；B）临界腔；C）非稳腔；
兰姆凹陷法稳频是利用激光增益饱和现象在激光增益曲线中心频率附近形成 的兰姆凹陷作为参考，若输出激光强调偏大则立即反馈信号给调整激光 腔长的压电调节器调整激光腔长从调整激光输出频率。而饱和吸收稳频 法是在激光谐振腔中加入一个吸收峰靠近激光输出频率的德饱和吸收盒， 这种吸收盒的吸收系数是激光谐振腔度的函数，谐振模越强对应的吸收 越小，所以当输出激光频率偏移是会导致激光强度下降，由此反馈激光 器一个调整谐振腔长度的信号。相对于兰姆凹陷，由于饱和吸收凹陷的 深度深，宽度窄，所以其稳频效果更好。
一、选择题(一) 选择题( 选择题
1、氩离子激光器是多谱线激光器，常用的几个光谱线是： （ C ） A）458nm、488nm和543nm；B）488nm、514nm和543nm；C）458nm、 488nm和514nm； 2、气体激光器工作物质的线型展宽机制主要是： （ B ） A）均匀展宽；B）非均匀展宽；C）碰撞展宽； 3、激光器谐振腔的损耗主要包括： （ B ） A）内部损耗和工作物质的吸收；B）内部损耗和镜面损耗；C）工作物质的 吸收和镜面损耗； 4、均匀增宽型介质激光器稳定工作后一般是单纵模输出，其机理是：（ C ） A）均匀增宽型介质的展宽函数带宽很窄；B）纵模频率间隔很大；C）增益 饱和效应引起的纵模竞争； 5、高斯激光束经过凸透镜变换后变为： （ A ） A）高斯光束；B）非高斯光束；C）不确定；
一、选择题（二） 选择题（ 选择题
6、掺钕钇铝石榴石（Nd3+: YAG）激光器常用输出激光波长是： （ A ） A）1060nm；B）550nm；C）10600nm； 7、与普通光源比较，激光具有如下特点： （ B ） A）方向性、单色性和相干性；B）方向性、相干性和高亮度；C）单色 性、相干性和高亮度； 8、固体激光器工作物质的线型展宽机制主要是： （ A ） A）均匀展宽；B）非均匀展宽；C）碰撞展宽； 9、下列机制属于均匀增宽型物质机制是（ A ） A）自然展宽和碰撞展宽；B）自然展宽和缺陷展宽；C）自然展宽盒多 普勒展宽；
N2：提高激发转换效率；He：有效传热；
纵模频率间隔为 △vq=c/(2μL) , 谐振腔内可以同时振荡的 纵模数由△vF/△vq决定。 如图所示：
图(3-4) 腔中允许的纵模数
在频率为v1、强度为I 的光波作用下，可以计算出介质的增益系数:
0 GD (ν1 ) GD (ν1 ) = I (1 + )1 2 Is
高斯光束经过透镜变换后仍然是高斯光束，只是其束腰半径大小以及束腰半径距离 透镜的距离会发生变换。如果入射高斯光束束腰距离透镜的距离远大于透镜的 焦距，那么高斯光束经过透镜的变换规律与几何光学成像规律一致；反之，成 像规律却与几何光学成像规律完全相反。
将所有纵模的相位锁定在一起，假设2N+1个纵模的振幅相同，则锁模脉冲的 光强I(t)正比于(2N+1)2E02, 可见锁模脉冲的光强度与2N+1个纵模简单的 叠加的强度扩大了(2N+1)倍，纵模数越多，锁模脉冲的宽度越窄，峰值 功率就越大。
二、填空题（一） 填空题（
1、激光器主要由 工作物质 、 谐振腔 、 激励能源 三个部份组成。 2、光与物质相互作用的三个主要过程是 自发辐射 、 吸收 和 受激发射 。 3、光波在谐振腔内的主要损耗包括 衍射损耗 、 散射损耗 和 杂质吸收损 耗。 4、激光器驻波腔内光场沿轴向的分布叫 纵模 ，其指数 q 决定了驻波 的波腹数，通过它可以算出激光的 频率 ，驻波腔内光场沿轴向横切 面的分布叫 横模 ，其指数 m, n 决定了沿轴向横切面驻波的波节数， 通过它们可以算出激光的传播方向。 5、激光器振荡的阈值条件是 增益大于损耗 。 6、实验上只要由测定了工作谱线的 中心波长 和 线宽 ，其线型函数就被 唯一确定。对于工作物质来说，均匀加宽的特点是原子群内每一个原子 所发出的光对谱线内所有的频率都有贡献，所有原子的线型函数都是相同的 ， 而非均匀内加宽的特点是不同的原子群有不同的线型函数，而总的线型函数 是它们的包络曲线 。
在均匀增宽介质中，任何频率的纵模激光受激辐射消耗的反转粒子数对所有 纵模都是一样的，随着谐振腔能激光振荡的加强，由于增益饱和效应， 激光增益曲线会整体下降，所以只有增益最大的纵模可以继续振荡，而 其它低增益的纵模由于其增益系数小于损耗而消失。 非均介质的增益曲线很宽，而且不同纵模激光消耗的反转粒子数知识与其对 应的那部分反转粒子数，而不会消耗其它纵模对应的反转粒子数，所以 每一个纵模都只会在其频率附近形成烧空效应。
相同点：跃迁时都以光的形式释放能量； 不同点：自发辐射式随机的，发射的光子没有确定的方向性，各光子之间没 有相同的偏振性，也没有固定的相位关系，而受激辐射发射的光子与激 发光子具有相同的传播和偏振方向，并且具有固定的相位关系。
He原子容易被高速电子激发到高能级，而处于高能级的He原子很容易与Ne原 子发生共振能量转移从而将能量耦合给Ne原子，有助激光产生
2、稳定谐振腔的一个反射镜的曲率半径R1=4L，求另外一个反射镜曲率半 径的取值范围。
0 ≤ (1 −
L L 3 L )(1 − ) ≤ 1 ⇒ 0 ≤ ⋅ (1 − ) ≤ 1 ⇒ R2 ≥ L或R2 ≤ −3L R1 R2 4 R2
五、论述题（一） 论述题（
1、通常一台固体激光器包含五大组成部分，请论述这五大部分的功能以及在设计激 光器时按照什么原则设计这五大部分。 激光工作物质：提供实现粒子束反转的物质基础，设计时主要从激光器的输 出的频率波段考虑； 泵浦系统：将工作物质的粒子从基态激发到激发高能态，从而实现工作物质 的粒子数反转。设计时主要从激光器输出功率大小，以及工作物质的吸收谱方面 考虑。 激光谐振腔：（1）延长了激光工作物质的工作长度，从而增加激光器的增 益；（2）约束激光器振荡光的方向，从而保证激光器输出光的方向性。设计时 主要从激光器的功率大小，输出频率波段的要求等方面考虑。 冷却系统：将激光器内的热能带走，确保激光器的温度不要过高，从而影响 激光器的寿命和正常工作。设计时主要从激光器的输出功率的大小以转换效率方 面考虑。