激光器的工作原理.
激光器的工作原理及应用
激光器的工作原理及应用激光器是一种能够产生高度聚焦、单色、相干的光束的装置，具有广泛的应用领域，包括医疗、通信、制造业等。
本文将详细介绍激光器的工作原理以及一些常见的应用。
一、激光器的工作原理激光器的工作原理基于激光放大的过程，主要包括以下几个步骤：1. 激发能级：激光器内部包含一个激发介质，如气体、晶体或半导体。
通过外部能源的输入，激发介质的原子或分子从低能级跃迁到高能级。
2. 反转粒子分布：在激发介质中，原子或分子会在高能级停留一段时间，形成反转粒子分布。
这种反转分布使得有更多的粒子处于高能级，而少数粒子处于低能级。
3. 光子的产生：当一个处于高能级的粒子返回到低能级时，会释放出一个光子。
这个光子与其他处于低能级的粒子碰撞，使得它们也返回低能级并释放出光子。
这个过程会引起光子的级联放大，从而产生一个强大的光束。
4. 光反馈：在激光器内部，有一个光学反馈装置，如反射镜。
这个装置能够将部分光子反射回激光介质，使得光子在介质中来回传播，增强级联放大的效果。
5. 输出光束：最终，通过一个输出窗口，激光器将强大的光束输出到外部环境中。
这个输出光束具有高度聚焦、单色、相干的特点。
二、激光器的应用1. 医疗领域：激光器在医疗领域有广泛的应用，如激光手术、激光治疗和激光诊断。
激光手术可以用于眼科手术、皮肤整形和癌症治疗等。
激光治疗可以用于减轻疼痛、促进伤口愈合和改善血液循环等。
激光诊断可以用于病理学研究、药物分析和疾病检测等。
2. 通信领域：激光器在光纤通信中起着重要作用。
激光器产生的单色、相干光束可以被光纤传输，实现高速、远距离的数据传输。
激光器还可以用于光纤传感，如温度、压力和应变的测量。
3. 制造业：激光器在制造业中有广泛的应用，如激光切割、激光焊接和激光打标。
激光切割可以用于金属、塑料和纺织品等材料的切割。
激光焊接可以用于汽车制造、电子设备制造和航空航天等行业。
激光打标可以用于产品标识、二维码和条形码的刻印。
激光器的工作原理及应用
激光器的工作原理及应用引言概述：激光器是一种利用激光原理产生并放大一束高度聚焦的光束的装置。
它的工作原理基于电子的激发和辐射过程。
激光器在众多领域中有着广泛的应用，包括医疗、通信、制造等。
本文将详细介绍激光器的工作原理及其在不同领域的应用。
一、激光器的工作原理1.1 激光的产生激光的产生是通过受激辐射的过程实现的。
当外界能量作用于激活物质（如激光介质）时，激活物质中的电子被激发到高能级，形成一个激发态。
当这些激发态的电子回到基态时，会释放出能量，产生光子。
这些光子经过放大和反射，最终形成一束高度聚焦的激光。
1.2 激光的放大激光的放大是通过激光介质中的光子与受激辐射的过程实现的。
在激光介质中，光子与激发态的电子发生相互作用，导致更多的电子从低能级跃迁到高能级。
这样，激发态的电子数量增加，从而产生更多的光子。
这个过程通过在激光介质中反复反射光子来实现，从而放大激光的强度。
1.3 激光的聚焦激光的聚焦是通过激光器中的光学元件实现的。
光学元件，如凸透镜或反射镜，可以改变激光光束的传播方向和聚焦程度。
通过调整这些光学元件的位置和形状，可以将激光束聚焦到非常小的尺寸，从而实现高度聚焦的激光束。
二、激光器在医疗领域的应用2.1 激光手术激光器在医疗领域中被广泛应用于各种手术操作，如激光眼科手术、激光皮肤修复等。
激光手术具有创伤小、恢复快的优势，可以精确地切割组织或疾病部位，减少手术风险。
2.2 激光治疗激光器还可以用于治疗一些疾病，如激光治疗癌症、激光治疗静脉曲张等。
激光的高能量可以破坏癌细胞或静脉曲张血管，从而达到治疗的效果。
2.3 激光诊断激光器还可以用于医学诊断，如激光扫描显微镜、激光断层扫描等。
激光的高分辨率和高灵敏度可以帮助医生观察和诊断微小的组织结构或病变。
三、激光器在通信领域的应用3.1 光纤通信激光器在光纤通信中扮演着重要的角色。
激光器产生的高度聚焦的激光束可以通过光纤传输信息，实现高速、远距离的通信。
激光器的工作原理
激光器的工作原理激光器是一种能够产生高度聚焦、高单色、高亮度、高相干性的光束的装置。
其工作原理主要是通过激发介质内的原子或分子，使它们处于激发态，然后通过受激辐射的过程放出原子或分子的能量，产生的辐射与原始的激发光具有相同的频率、相位和方向，从而形成激光束。
首先，利用能量输入把介质中的原子或分子从基态激发到高能级。
这个阶段可以通过光电子元件、电热元件等针对不同类型激光器的方法来实现。
如氦氖激光器通过电流激发气体氦和氖之间的气体分子产生放射以产生激光；半导体激光器通过电流激励将其结构中的半导体材料电子激发到激发态；固体激光器通过外加高能脉冲激光器当作激发源，把放大介质中的能级加热到高能态；气体激光器则是把电源的高压放电激发电离气体。
其次，在激发的过程中，激光会在介质中进行多次的受激辐射与自发辐射。
产生激射的方法有三种，即自由辐射、自放散和自准直。
自由辐射是指在介质中的自发辐射产生的光子以无控制的方式传播。
自放散是指光束反射和演散的能量被散射并重新分布在介质中。
自准直是指辅助装置使辐射沿着预定轴线传播。
而在受激辐射的过程中，激发态的原子或分子吸收一个入射光子能量，之后经过一段时间后跳跃到稳态能级释放出两个光子，这两个光子的频率相同、相位相同、波矢相同，因此具有高度聚焦性。
再次，利用一个反射镜维持激光光束的放大。
激光在介质内会进行多次的受激辐射，从而产生了足够的光子数目。
然后，被反射镜内的光子将被扩散，经过多次的反射，使得光子的数目不断增加，最终形成了聚焦的光束。
最后，光束通过另一个反射镜射出，形成了激光束。
这个反射镜只允许波长等于或接近激发波长的光通过，从而排除了其它频率的光。
这使得激光束有着很高的单色性。
总结起来，激光器的工作原理是通过激发介质内的原子或分子，使它们处于激发态，然后通过受激辐射的过程放出原子或分子的能量，产生的辐射与原始的激发光具有相同的频率、相位和方向，最终形成激光束。
这个过程包括激发、放大、镜面反射和放出四个主要的步骤，每个步骤都是实现高质量激光的关键。
激光器的工作原理及应用
激光器的工作原理及应用激光器是一种能够产生高强度、高单色性和高相干性的光束的装置。
它的工作原理基于光的受激辐射过程，通过在激发态粒子中引入外界能量，使这些粒子跃迁到较低能级，从而产生光子的放射。
激光器的应用非常广泛，包括科学研究、医学、通信、制造业等领域。
一、激光器的工作原理激光器的工作原理可以简单地描述为三个步骤：激发、放大和反馈。
1. 激发：激光器的激发过程通常通过电子束、光束或化学反应来实现。
当激发能量施加到激光介质中时，激光介质中的原子或分子将吸收能量并跃迁到一个高能级。
2. 放大：在激发态的原子或分子中，通过受激辐射的过程，一个光子会与一个激发态的原子或分子相互作用，从而导致原子或分子跃迁到较低能级，并释放出两个光子。
这个过程在激光介质中不断发生，光子的数量逐渐增加，形成一个光子数目巨大的光束。
3. 反馈：在激光器中，一个或多个反射镜被用于增强光的放大效果。
这些反射镜使得光在激光介质中来回反射，从而形成一个光学腔。
当光子在激光介质中来回反射时，它们会与其他激发态的原子或分子相互作用，进一步增强激光的放大效果。
最终，一个非常强大、高度相干的光束从激光器中产生。
二、激光器的应用1. 科学研究：激光器在科学研究中有着广泛的应用。
例如，激光器被用于实验室中的光谱学研究，用于测量物质的光谱特性。
此外，激光器还被用于原子物理学、量子力学和光学等领域的研究。
2. 医学：激光器在医学领域有着重要的应用。
例如，激光器被用于眼科手术中的激光角膜矫正术，可以纠正人眼的视力问题。
此外，激光器还被用于皮肤科手术、癌症治疗和牙科手术等。
3. 通信：激光器在光通信领域有着重要的应用。
激光器可以产生高强度的光束，可以通过光纤传输信息。
激光器被用于光纤通信系统中的光源，可以实现高速、高带宽的数据传输。
4. 制造业：激光器在制造业中有着广泛的应用。
例如，激光切割机可以通过激光束将金属或非金属材料切割成所需形状。
激光焊接机可以用于焊接金属零件。
激光器的基本工作原理
激光器的基本工作原理激光器是一种能产生高度相干、单色、高亮度的激光光束的装置。
激光器的基本工作原理可以分为三个步骤：增益介质激发、光放大和反馈。
首先，激光器的工作需要一个具有特殊能级结构的增益介质。
一般来说，固体激光器常用的增益介质是晶体，液体激光器常用的增益介质是染料溶液，气体激光器常用的增益介质是稀有气体混合物。
这些增益介质中，原子或分子的电子由低能级跃迁到高能级时会吸收外界的能量，使得电子在高能级积累。
当有足够多的电子积累在高能级上时，就可以进入激光器的第二个步骤。
第二步骤是光放大。
增益介质中积累的高能级电子会自发地跃迁回低能级，放出能量。
如果将增益介质置于两个平行的反射镜之间，其中一个镜子是部分透明的，光子就会在两个镜子之间多次往返。
当光子经过增益介质时，会与高能级电子相互作用，使得电子从高能级跃迁到低能级，放出能量。
这些能量会在光子的反射中得到增强，使得原本弱小的光信号得以放大。
反射镜的存在保证了光子与高能级电子频繁相互作用，从而增强了光的强度。
第三步骤是反馈。
在增益介质的两端设置反射镜，其中一个镜子是完全反射的，另一个是部分透明的。
在激光器工作时，放大的光子在两个反射镜之间来回反射。
只有当光子与高能级电子相互作用时，才能够从增益介质中得到反馈加强，从而击穿上限，形成激光光束。
这个过程是自持拉锁过程，也就是说，无需外部刺激，只要增益介质中有足够的电子积累在高能级，激光器就能自发地工作。
总结起来，激光器的基本工作原理包括增益介质激发、光放大和反馈。
增益介质吸收能量，使得电子在高能级积累。
然后，这些能级的电子自发地跃迁回低能级，放出能量，经过多次反射和放大后形成激光光束。
反馈机制保证了光子与高能级电子频繁相互作用，从而增加光的强度。
这些工作原理的结合使得激光器成为一种非常重要的光学工具和应用装置。
激光器的工作原理及应用
激光器的工作原理及应用激光器是一种能够产生高度聚焦、单色、相干和高能量的光束的装置。
它的工作原理基于光的受激辐射过程，通过在激光介质中产生受激辐射，使得光子得以放大并产生激光。
激光器的工作原理可以简单概括为以下几个步骤：1. 激发：激光器中的激发源（如电流、光或化学反应等）向激光介质中输入能量，使其处于激发态。
2. 受激辐射：当激光介质中的原子或分子处于激发态时，它们会受到外界的一个光子刺激，从而跃迁到一个较低的能级，并释放出与刺激光子相同频率和相位的光子。
3. 反射：在激光介质两端设置反射镜，使得光子在介质中来回多次反射，增加光子数目和能量。
4. 放大：由于反射镜的存在，光子在介质中来回反射时会逐渐受到受激辐射过程的放大，从而形成激光。
5. 输出：当激光放大到一定程度时，其中一端的反射镜会被设计成半透明镜，使得部分光子能够通过该镜逸出，形成激光输出。
激光器的应用非常广泛，以下是一些常见的应用领域：1. 切割和焊接：激光器的高能量和聚焦性能使其在金属切割和焊接领域得到广泛应用。
激光切割可以精确切割各种材料，而激光焊接可以实现高效、精确的焊接过程。
2. 医疗领域：激光器在医疗领域有多种应用，如激光手术、激光治疗、激光美容等。
激光手术可以精确切割组织，减少出血和伤口，提高手术效果。
激光治疗可以用于疾病的诊断和治疗，如激光眼科手术、激光皮肤治疗等。
3. 通信和信息技术：激光器在光通信和信息技术领域有重要应用。
激光器可以产生高速、稳定的光信号，用于光纤通信、激光打印、激光显示等。
4. 科学研究：激光器在科学研究中起到了重要的作用。
激光器可以用于光谱分析、光学显微镜、激光干涉仪等实验装置，帮助科学家们研究和理解光的性质和物质的结构。
5. 激光雷达：激光雷达利用激光器发射出的激光束来测量目标物体的距离、速度和方向。
激光雷达在测距、制导导航、环境监测等领域有着广泛的应用。
6. 激光制造：激光器在制造业中有着重要的应用，如激光打标、激光刻蚀、激光打孔等。
激光器的工作原理及应用
激光器的工作原理及应用激光器是一种能够产生高度聚焦、高亮度、单色、相干性极强的光束的装置。
它的工作原理基于激光的放大过程，通过激发原子或者份子的能级跃迁来实现。
1. 工作原理激光器的工作原理主要包括以下几个步骤：激发、放大、反射和输出。
首先，通过能量输入的方式（如电子激发、光或者化学反应等），将激光介质中的原子或者份子激发到高能级。
这个过程可以通过光泵浦、电子束激发、化学反应等方式实现。
接下来，激发态的原子或者份子在经过一系列的非辐射跃迁后，会回到基态，并释放出光子。
这些光子会与其他激发态的原子或者份子发生受激辐射，产生更多的光子。
这个过程称为光放大。
然后，放大后的光经过光学谐振腔的反射，使光在谐振腔内来回多次反射，增强光的能量和相干性。
最后，经过一系列的光学元件（如输出镜、偏振器等）的处理，将激光束输出为一束高度聚焦、单色、相干性极强的光。
2. 应用领域激光器由于其独特的光学性质和精确的控制能力，在许多领域中得到广泛应用。
2.1 创造业激光器在创造业中有着广泛的应用。
例如，激光切割可以用于金属板材、塑料、纺织品等材料的切割，具有高效、精确、无接触等优点。
激光焊接可以用于汽车、航空航天、电子等行业的焊接，具有焊缝小、热影响区小、焊接速度快等优势。
激光打标可以用于产品标识、二维码、防伪标识等方面。
2.2 医疗领域激光器在医疗领域中有着广泛的应用。
例如，激光手术可以用于眼科手术、皮肤整形、癌症治疗等。
激光治疗可以用于减轻疼痛、促进伤口愈合、去除皮肤病变等。
激光诊断可以用于医学成像、激光扫描等方面。
2.3 通信领域激光器在通信领域中有着重要的应用。
激光器可以作为光纤通信系统中的光源，通过光的调制和解调来实现信息的传输。
激光器的单色性和相干性使得光信号能够在光纤中传输更远距离，并且具有更高的传输速率。
2.4 科学研究激光器在科学研究中有着广泛的应用。
例如，激光干涉仪可以用于测量长度、表面形貌等。
激光光谱仪可以用于分析物质的组成和结构。
激光器的工作原理及应用
激光器的工作原理及应用激光器是一种能够产生高度聚焦、单色、相干光束的装置，其工作原理基于激光的受激辐射过程。
激光器广泛应用于科学研究、医疗、通信、制造业等领域。
本文将详细介绍激光器的工作原理以及其在不同领域的应用。
一、激光器的工作原理激光器的工作原理基于激光的受激辐射过程，该过程包括三个基本要素：激发源、工作物质和光学腔。
1. 激发源：激发源是激光器中产生激发能量的部分。
常见的激发源包括闪光灯、半导体激光二极管、化学反应等。
激发源能够将能量输送到工作物质中，使其处于激发态。
2. 工作物质：工作物质是激光器中产生激光的介质。
常见的工作物质有气体（如二氧化碳、氦氖）、固体（如Nd:YAG晶体）和半导体材料等。
工作物质处于激发态时，其原子或分子之间的能级结构发生变化，形成能级间的粒子聚集。
3. 光学腔：光学腔是激光器中光线的传输通道。
光学腔由两个反射镜构成，其中一个是半透明的，称为输出镜。
当激发源激发工作物质时，工作物质中的粒子会通过受激辐射过程发射出光子。
这些光子在光学腔中来回反射，逐渐增强，形成激光束。
最后，一部分光子通过输出镜逸出，形成激光输出。
二、激光器的应用激光器由于其独特的特性，在各个领域都有广泛的应用。
以下将介绍激光器在科学研究、医疗、通信和制造业等领域的应用。
1. 科学研究：激光器在科学研究中发挥着重要的作用。
例如，激光器被用于原子物理学研究中的光谱分析，通过测量物质发射或吸收的特定波长的光谱线，可以了解物质的性质和组成。
此外，激光器还被应用于等离子体物理学、光学相干断层扫描（OCT）等领域。
2. 医疗：激光器在医疗领域有广泛的应用。
例如，激光手术技术被广泛应用于眼科手术，如近视手术和白内障手术。
激光器的高度聚焦能力可以精确切割组织，减少手术创伤。
此外，激光器还可用于皮肤美容、激光治疗、激光疗法等。
3. 通信：激光器在通信领域的应用主要体现在光纤通信技术中。
激光器产生的激光光束可以通过光纤进行传输，实现高速、大容量的信息传输。
激光器的工作原理及应用
激光器的工作原理及应用激光器是一种能够产生高强度、高单色性、高方向性的激光光束的装置。
它的工作原理是通过光的受激辐射过程来实现的。
激光器的应用非常广泛，涵盖了科研、医疗、通信、材料加工等多个领域。
本文将详细介绍激光器的工作原理及其在不同领域的应用。
一、激光器的工作原理激光器的工作原理主要包括激发过程、受激辐射过程和光放大过程。
1. 激发过程激光器通常通过外部能量源对工作物质进行激发，使其处于激发态。
常用的激发方式有光激发、电子束激发和化学激发等。
其中，光激发是最常见的方式，它利用外界光源的能量来激发工作物质。
2. 受激辐射过程当工作物质处于激发态时，它会受到外界的激励，从而产生受激辐射。
这种辐射具有特定的频率和相位，与激发辐射的光子具有相同的频率和相位。
这样的辐射过程被称为受激辐射过程。
3. 光放大过程受激辐射过程会引起工作物质中更多原子或分子的激发，从而形成光子的放大效应。
这样，原本弱的光信号就可以在激光器中得到放大，形成高强度的激光光束。
二、激光器的应用1. 科研领域激光器在科学研究中起着重要的作用。
例如，在物理学中，激光器可以用于精确测量光速、光子能量等物理量；在化学研究中，激光器可以用于分析化学反应的速率和路径等；在生物学中，激光器可以用于细胞成像、蛋白质结构研究等。
2. 医疗领域激光器在医疗领域有广泛的应用。
例如，在激光治疗中，激光器可以用于切割、焊接和热疗等治疗方式；在激光手术中，激光器可以用于眼科手术、皮肤手术等；在激光美容中，激光器可以用于去除色素斑、减少皱纹等。
3. 通信领域激光器在光通信中扮演着重要的角色。
激光器可以产生高强度的光信号，用于传输数据和信息。
例如，在光纤通信中，激光器可以将电信号转换为光信号，通过光纤传输数据；在卫星通信中，激光器可以产生高功率的激光光束，用于与地面站进行通信。
4. 材料加工领域激光器在材料加工中有广泛的应用。
例如，在激光切割中，激光器可以通过高能量的光束将材料切割成所需形状；在激光焊接中，激光器可以通过高温的光束将材料焊接在一起；在激光打标中，激光器可以通过激光束在材料表面进行打印和标记。
激光器工作原理
激光器工作原理激光器是一种先进的、效率极高的光学装置，它能产生极为强烈的光，可用于微操作、测量，以及作为光源发射信号、图像等。
它为常见光学装置中最重要的元件之一。
本文将向读者阐述激光器的工作原理。
激光器的工作原理主要是利用热释光和激发效应产生光。
热释光是指将物体吸收能量而产生的光，这种光的能量大小与激发态的能量有关，而激发效应是指将物体由低能态转化到一个高能态时所产生的光子。
激光器的工作原理是将某一种物质（激光介质，例如氩气、氦气）加热至高温，使其处于一个可以产生光的激发态，然后利用激发效应将其从激发态转化到较高的能态，最后该介质释放出发射出的光子。
激光器具有极高的发射强度、高穿透能力、高发射精确度、高准确度等优点。
它是一种多普勒散射或跃迁发射的光，具有粒子特性的量子性质，其发射的光有着宽带、窄带和极窄带之分。
它的发射模式可以由镜子和腔体的结构来实现，而这就是光波形的密度空间特性。
在激光器的腔体中，采用反射和消光面板来调节和控制发射光，实现激光技术所需的特性。
激光器的发射光主要受激发效应和热释光等两种激光机制的影响。
常见的激发效应机制有电子和离子双跃迁、电子核双跃迁等。
跃迁发射是指由低能态到高能态跃迁时释放出的光，而热释光是指将物体吸收能量而产生的光。
其中，由电子和离子双跃迁机制产生的激光，其光的频率可以通过原子中的原子结构来控制，因此能够较好地实现精确的激光发射。
激光器的发射光与其结构和介质状态有关，因此在发射光的激发、脉冲时间、光束形态等方面都可以通过控制激光器的结构和介质状态来实现。
若要控制激光器的发射强度，可以通过控制输入能量的大小来调节输出光的能量；若要控制激光器的发射光色，可以通过控制腔体中的介质激发光波长来调节发射光的频率；若要控制激光器的脉冲时间，可以通过控制介质的激发状态来调节光脉冲的发射时间；若要控制激光器的光束形态，可以利用镜子和腔体的结构来控制发射光的形态。
综上所述，激光器的工作原理主要是利用热释光和激发效应产生光，而发射光的强度、颜色、时间和光束形态等特性则受激发介质状态和激光器结构来影响。
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w 21n2 B21 n2 w12n1 B12 n1
f2 n2 n1 f1 f2 n2 n1 f1
正常分布 受激吸收 占主导 光衰减，吸收
反转分布 受激辐射 占主导 光放大 有增益
N2 < N1 N2 > N1
增益介质：处于粒子数反转分布状态的物质
为实现粒子数反转分布，要求在单位时间内激发到上能级的粒子数密度越多越好， 下能级的粒子数越少越好，上能级粒子数的寿命长些好。
证明：∵R1＜L ∴
L 1 ＜ 0 即 g1＜0 R1
L
同理：g2＜0 ，∴g1g2＞0 ；又∵ L＜R1+R2
L2 R1 R2 ＜ L ∴ R1 R2 R1 R2
或
L L R1 R2 L2 （ 1 ）（ 1 ） 1 L ＜1 R1 R2 R1 R2 R1 R2
即
g1g2＜1
R1
球面
共轴
R2
球面
共轴
球面 共轴 R1
R1
R2
2.
开放式: 除二镜外其余部分开放 共 轴: 二镜共轴
球面腔: 二镜都是球面反射镜(球面镜)
三.光腔按几何损耗(几何反射逸出)的分类:
稳定腔 (光腔中存在着伴轴模,它可在腔内多次传播而不逸出腔外) 光腔 临界腔 (几何光学损耗介乎上二者之间) 非稳腔 (伴轴模在腔内经有限数往返必定由侧面逸出腔外,有很高的
凸面向着腔内时(凸镜) Ri＜0。
对于平面镜， R , f 成像公式为:
1 1 1 s s f
s——物距 s´——象距 f ——透镜焦距
2.光腔的稳定条件: (1)条件:使傍轴模(即近轴光线)在腔内往返无限多次不逸
出腔外的条件, 即近轴光线几何光学损耗为零, 其
数学表达式为
0 g1 g2 1
(2)据稳定条件的数学形式, 稳定腔:
0 g1 g2 1
非稳腔:
临界腔:
g1 g2 1
或
或
g1 g2 0
g1 g2=0
g1 g2 1
共轴球面谐振腔的稳定图及其分类
一。常见的几类光腔的构成: *(以下介绍常见光腔并学习用作 图方法来表示各种谐振腔)
L L ( R1 L)( R2 L) g1 g 2 (1 )(1 ) R1 R2 R1 R2
0＜ g1g2＜1
如果 R1=R2
，则此双凹腔为对称双凹腔，上述的两种稳
定条件可以合并成一个，即： R1=R2=R＞L/2
2.平凹稳定腔: 由一个凹面反射镜和一个平面反射镜组成的谐振腔称为平
凹腔。其稳定条件为：R＞L
R
L
证明：∵ R1＞L , g1 1
L 0 ＜g 1 ＜1 1 ∴ R1
一.光腔的作用: 1.光学正反馈: 建立和维持自激振荡。 (提高简并度) 决定因素: 由两镜的反射率、几何形状及组合形式。
2. 控制光束特性: 包括纵模数目、横模、损耗、输出功
率等。
二.光腔 —— 开放式共轴球面光学谐振腔的构成
1.构成:在激活介质两端设置两面反射镜(全反、部分反)。
R2 共轴 R1 球面
第二部分 激光产生的 基本原理
2.激光器的基本结构
n
w 21 A21
w21 n 1 STE光子集中在几个模式
非轴向模
轴向模
技术思想的重大突破 － F-P 光谐振腔 • 开放式光谐振腔使特定（轴向）模式的增加, 其它（非轴向）模式数 逸出腔外，使轴向模有很高的光子简并度。 • 工作物质, 光学谐振腔, 激励能源是一般激光器的三个基本部分。
3、激光产生的基本条件及激光形成过程
基本条件： 1、实现粒子数反转（粒子数反常分布）
2、满足阈值条件（增益大于或等于损耗） 阈值：产生激光所要需的最低能量 激光形成过程： 泵浦（抽运） 放大 粒子数反转 达到阈值 受激放大 激光输出 振荡
• 粒子数反转分布是STE占优势（产生激光）的前提条件 • 依靠外界向物质提供能量（泵浦或称激励）才能打破热平衡， 实现粒子数反转 • 激励（泵浦）能源是激光器基本组成部分之一 光(闪光灯，激光)、电(气体放电，电注入)、化学 、核
(二).非稳腔 : g1 g2＞1 或 g1 g2＜0
1. 双凹非稳腔:
由两个凹面镜组成的共轴球面腔为双凹非稳腔.这种腔的 稳定条件有两种情况.
R1 R2
(一）稳定腔:
0 g1 g2 1
1.双凹稳定腔:
由两个凹面镜组成的共轴球面腔为双凹腔。这种腔的 稳定条件有两种情况。
其一为：
证明：
R1 R2
R1 L 且 R2 L
L ＜ ＜1 ∴ 0 R1
L
∵ R1＞L
L 0 ＜1 ＜1 R1
即：0＜g1＜1 ，同理 0＜g2＜1
R1 R2
所以：0＜g1g2＜1 其二为： R1＜L R2＜L 且 R1+R2＞L
几何光学损耗)
共轴球面谐振腔的稳定性条件
一.光腔稳定条件:
球面
1.描述光腔稳定性的g参量,定义:
g1 1 L R1
共轴 R1
g2 1
Hale Waihona Puke L R2LR2
其中 L ---- 腔长(二反射镜之间的距离) , L＞0 ; Ri ---- 第i面的反射镜曲率半径(i = 1,2); 符号规则: 凹面向着腔内时(凹镜) Ri＞0 ,
激光器的工作原理
激光的基本原理及特性
激光产生的基本原理
（一）、激光的形成及产生的基本条件 1、粒子数反转分布
E E2 E
玻尔兹曼分布
反转分布
E1
n3 n2 n1
n
n2 e n1
E E 2 1
KT
E2
E1
n1 n2 n3
单位时间内STE增加的光子数密度 单位时间内STA减少的光子数密度
光学谐振腔及激光的模式
光腔的构成及稳定条件
光学谐振腔的作用：提供反馈和模式选择
腔的构成与分类
h1
h2 h3 半导体激光器 介质波导腔 h2 < h1, h3
(a) 闭腔
(b) 开腔
(c) 气体波导腔
另：折叠腔、环形腔、复合腔 复合腔－腔内加入其它光学元件，如透镜，F－P标准具等
光学谐振腔结构与稳定性
L ; R2 R1
故有
∞ , g2 = 1
0＜g1 g 2＜1
3.凹凸稳定腔:
由一个凹面反射镜和一个凸面反射镜组成的共轴球面
腔为凹凸腔.它的稳定条件是: R1＜0, R2＞L , 且 R1+R2＜L . 或者:R2＞L , R1 ＞R2 L
L
R1
R2
可以证明: 0＜g1 g2＜1. (方法同上)