激光的烧孔效应
均匀加宽激光器的模式竞争
1. 均匀加宽激光器的模式竞争如果有多个模式的谐振频率落在均匀加宽工作物质的增益曲线振荡线宽范围内，由于各模式尽管频率不同，但使用的都是相同的反转粒子数密度，因此它们之间的竞争是很激烈的。
图4.2.1画出这一过程。
为了讨论方便，假设有3个模式，频率分别为1q ν-、q ν、1q ν+，开始时，这三个模式的小信号增益系数都大于阈值增益系数t G ，因而3个模式的光强1q I -，q I 、1q I +都逐渐增大。
但由于增益饱和作用，整个增益曲线将随光强的增大而下降。
当增益曲线下降到图示中的曲线1 时，1q ν+模式的增益系数等 于阈值t G ，因而1q ν+不再增大。
但此时q ν、1q ν-两个模式的增益系数仍大于阈值，q I 、1q I -还继续增大，整个增益曲线仍继续下降。
这样很快就使得1q ν+模式的增益系数小于阈值t G ，故该模式的光强1q I +很快减弱，直至熄灭。
同理，当增益曲线下降到图中的曲线2时，1q ν-模的增益系数等于阈值t G ，因而1q I -不再增大，但q ν增益系数仍大于t G ,q I 继续增大，整个增益曲线还要下降，这又将导致1q I -很快熄灭。
当增益曲线下降到图4-2-1中的曲线3时, q ν的增益系数等于阈值t G ，q I 光强达到稳定值，不再增大。
整个增益曲线也就不再下降。
最后，谐振腔内只有q ν一个模式形成稳定的振荡。
这说明，均匀加宽激光器中满足阈值条件的纵模在振荡过程中互相竞争，结果总是靠近中心0ν频率附近的纵模取胜，其它模式都被抑制熄灭。
在均匀加宽激光器中，如果激发很强时，除了中心频率附近的模式可形成稳定振荡，也有可能会出现其它较弱的模式，激发越强，出现的振荡模式也就越多。
这种现象可以这样来解释：当频率为的强激光振荡时，它在腔内沿轴线方向的光强分图4.2.1 均匀加宽激光器的模式竞争布并不是均匀的，而是形成了一个驻波场，波腹处光强最大，波节处光强最小。
激光匙孔效应
激光匙孔效应激光匙孔效应激光匙孔效应是指利用激光束直接穿透金属材料形成的一个孔洞，这个孔洞的直径通常只有几微米到数百微米之间，而且其表面非常平滑。
这种技术可以用于制造微型器件、传感器和其他高精度设备。
一、激光匙孔效应的原理激光匙孔效应是利用激光束在金属表面产生的等离子体来加热并蒸发金属表面，从而形成一个小孔。
这个过程可以分为三个步骤：1. 吸收：当激光束照射到金属表面时，它会被吸收并转化为热能。
2. 加热：吸收的能量会导致金属表面温度升高，并在一定程度上蒸发。
3. 蒸发：当温度达到足够高时，金属表面开始蒸发，形成一个小孔。
二、激光匙孔效应的优劣势1. 优势（1）高精度：由于激光束可以非常精确地控制位置和大小，因此可以制造非常精密的孔洞。
（2）高效率：激光匙孔效应可以在很短的时间内形成一个孔洞，因此可以提高生产效率。
（3）无接触：激光束是无接触的，因此不会对金属表面造成任何损伤。
2. 劣势（1）成本高：激光设备价格昂贵，需要大量的能源来维持操作。
（2）有害气体：激光加工过程中会产生一些有害气体，需要特殊的处理方法来处理这些废气。
三、应用领域1. 电子行业：激光匙孔技术可以用于制造电子器件中的微型通孔和微型线路。
2. 光学行业：激光匙孔技术可以用于制造高精度透镜和其他光学元件。
3. 医疗行业：激光匙孔技术可以用于制造微型传感器和其他医疗设备。
4. 航空航天行业：激光匙孔技术可以用于制造航空航天器件中的微型通道和其他部件。
四、发展趋势随着技术的不断进步，激光匙孔技术在越来越多的领域得到应用。
未来，随着激光设备价格的下降和技术的进一步发展，激光匙孔技术将会更加广泛地应用于制造高精度设备和微型器件。
同时，为了解决激光加工过程中产生的有害气体问题，我们需要更多地研究和开发环保型激光加工技术。
激光原理复习自整理资料
第一章 激光的特性：1.方向性好，最小发散角约等于衍射极限角2.单色性好3.亮度高4.相干性好 波尔兹曼定律：根据统计规律，大量粒子组成的系统，在热平衡条件下，原子数按能级分布服从波尔兹曼定律：kT E i i i eg -∞n 推论：假设gi=gj1.当E2-E1很小，且12-E E E =∆<< kT 时，112n =n ， 2.当E2>E1时，n2<n1. 说明高能粒子数密度总是较小3.当E1为基态，E2距离很远时，即E2>E1,012n =n ,说明绝大多数粒子为基态 普朗克公式：11h 8hv 33v -=kT e c v πρ 爱因斯坦关系：自发辐射，受激辐射，受激吸收之间的关系332121hv 8cB A π= 212121g B g B = 光子简并度g ：处于同一光子态的光子数。
含义：同态光子数、同一模式内的光子数、处于相干体积内的光子数、处于同一相格内的光子数自发辐射：处于高能级Ｅ２的一个原子自发的向Ｅ１跃迁，并产生一个能量为ｈｖ的光子 特点：1各粒子自发，独立的发射光子；2非相干光源光功率密度：212)()t (q A t hvn =自受及辐射：处于高能级Ｅ２的一个原子在频率为ｖ的辐射场作用下，向Ｅ１跃迁，并产生一个能量为ｈｖ的光子特点：1只有外来光频率满足12hv E E -=；2 受激辐射所发射的光子与外来光特征完全相同，相干光源【频率，相位，偏振方向，传播方向】，光场中相同光子数量增加，光强增加，入射光被放大，即光放大过程光功率密度：v B t hvn t ρ212)()(q =激光功率密度比：v v hv ρπλρπh88c q q 333==自激 增益系数：光通过单位长度激活物质后光强增长的百分数增益饱和：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。
谱线宽度：线型函数在ν0时有最大值，下降至最大值的一半，对应得宽度。
激光原理 复习课(4)
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（
激光原理第四章
激光原理与技术
4.3输出功率与能量
一、连续或长脉冲激光器的输出功率 如果一个激光器的小信号增益系数恰好等于 阈值，激光输出是非常微弱的。实际的激光器 总是工作在阈值水平以上，腔内光强不断增加。 那么，光强是否会无限增加呢?实验表明．在 一定的激发速率下，即当g0(v)一定时，激光器 的输出功率保持恒定，当外界激发作用增强时， 输出功率随之上升，但在一个新的水平上保持 恒定。
hvP nV hvP V t EPt 1 1 21l
激光原理与技术
三能级系统须吸收的光泵能量的阈值为
EPt
hvP nV 21
对于脉冲宽度t0可与相比拟的情况，泵浦能量 的阈值不能用一个简单的解析式表示。但可以 用数字计算的办法求出EPt的值。实验说明，当 固体激光器的氖灯储能电容越大因而光泵脉冲 持续时间t0增长时，光泵的阈值能量也增大。这 是由于t0越长自发辐射的损耗越严重所致。
假设光束直径沿腔长均匀分布，则上式可 化简为
dNl f2 l Nl L' (n2 ) 21 (v, v0 )cNl , Rl dt f1 L ' Rl c
dN l 当 0 dt
0
腔内辐射场由起始的微弱的自 发辐射场增长为足够强的受激 辐射场。
n nt 21 (v, v0 )l
A21 (t t0 ) 2
结论：当t＝t0时,n2(t)达到最大值,当t>t0时,因 自发辐射而指数衰减。 1W13n t0 2 ( 2 1/( A21 S21 )), n2 (t ) A21 1W13
2
在整个激励持续期间n2(t)处在不断增长的非稳 定状态
激光原理与技术
如不采取特殊措施，以均匀加宽为主的固体 激光器一般为多纵模振荡。在含光陷离器的 环形行波腔内，光强沿轴向均匀分布，因而 消除了空间烧孔，可以得到单纵模振荡
第四章激光的基本技术
第4章激光的基本技术激光器发明以来各种新型激光器一直是研究的重点。
为将激光器发出的高亮度、高相干性、方向性好的辐射转化为可供实用的光能，激光技术也得到了极大的发展。
这些技术可以改变激光辐射的特性，以满足各种实际应用的需要。
其中有的技术直接对激光器谐振腔的输出特性产生作用，如选模技术、稳频技术、调Q技术和锁模技术等；有的则独立应用于谐振腔外，如光束变换技术、调制技术和偏转技术等。
在使用激光作为光源时，这些技术必不可少，至少要使用其中一项，常常是诸项并用。
本章讨论激光工程中一些主要的单元技术。
因为激光技术涉及的内容十分广泛，这里只给出基本概念和基本方法。
4.1激光器输出的选模激光器输出的选模技术就是激光器选频技术。
前几章中已经讨论过激光谐振腔的谐振频率。
大多数激光器为了得到较大的输出能量使用较长的激光谐振腔，这就使得激光器的输出TEM模)与高阶模相比，具有亮度高、发散角小、径向光强分布是多模的。
然而，基横模(00均匀、振荡频率单一等特点，具有最佳的时间和空间相干性。
因此，单一基横模运转的激光器是一种理想的相干光源，对于激光干涉计量、激光测距、激光加工、光谱分析、全息摄影和激光在信息技术中的应用等都十分重要。
为了满足这些使用要求，必须采用种种限制激光振荡模的措施，抑制多模激光器中大多数谐振频率的工作，利用所谓模式选择技术，获得单模单频激光输出。
激光器输出的选模（选频）技术分为两个部分，一部分是对于激光纵模的选取，另一部分是对激光横模的选取。
前者对激光的输出频率影响较大，能够大大提高激光的相干性，常常也叫做激光的选频技术；而后者主要影响激光输出的光强均匀性，提高激光的亮度，一般称为选模技术。
4.1.1 激光单纵模的选取1．均匀增宽型谱线的纵模竞争前面已经指出，对于均匀增宽型的介质来说，每个发光粒子对形成整个光谱线型都有相同的贡献。
当强度很大的光通过均匀增宽型增益介质时，由于受激辐射，使粒子数密度反转分布值下降，于是光增益系数也相应下降，但是光谱的线型并不会改变。
《激光原理与技术》习题一
《激光原理与技术》习题一班级 序号 姓名 等级一、选择题1、波数也常用作能量的单位，波数与能量之间的换算关系为1cm -1=eV 。
-7-6 -5 -4 （A ）1.24 ×10(B) 1.24 × × (D) 1.24 ×10 (C) 1.24 10 102、若掺 Er 光纤激光器的中心波长为波长为1.530μm ，则产生该波长的两能级之间的能量间隔约为cm -1 。
（A ）6000(B) 6500(C) 7000(D) 100003、波长为 λ9=632.8nm 的 He-Ne 激光器，谱线线宽为 Δν =1.7 ×Hz10。
谐振腔长度为 50cm 。
假设该腔被半径为 2a=3mm 的圆柱面所封闭。
则激光线宽内的模式数为 个。
（A ）6 (B) 100 (C) 10000(D) 1.2 10×94、属于同一状态的光子或同一模式的光波是.(A) 相干的(B) 部分相干的(C) 不相干的 (D) 非简并的二、填空题1、光子学是一门关于、 、 光子的科学。
2、光子具有自旋，并且其自旋量子数为整数，大量光子的集合，服从统计分布。
3、设掺 Er 磷酸盐玻璃中，Er 离子在激光上能级上的寿命为 10ms ，则其谱线宽度为 。
三、计算与证明题81．中心频率为 5×10 MHz 的某光源，相干长度为 1m ，求此光源的单色性参数及线宽。
2．某光源面积为 10cm 2，波长为 500nm ，求距光源 0.5m 处的相干面积。
13．证明每个模式上的平均光子数为。
exp( hv / kT ) 1《激光原理与技术》习题二班级姓名等级一、选择题1、在某个实验中，光功率计测得光信号的功率为-30dBm，等于W。
（A ）1×10-6× -3(C) 30(D) -30(B) 1 102、激光器一般工作在状态 .(A) 阈值附近(B) 小信号(C) 大信号(D) 任何状态二、填空题1、如果激光器在=10 μm输出1W 连续功率，则每秒从激光上能级向下能级跃迁的粒子数是。
激光烧蚀原因
激光烧蚀原因
激光烧蚀是指激光能量在物质表面引起烧蚀的现象。
原因主要包括以下几点：
1. 吸收：物质对激光的吸收率取决于其物理性质和激光波长。
不同物质对不同波长的激光有不同的吸收率，因此激光与物质相互作用时，物质吸收激光能量并将其转化为热能，导致物质表面的温度升高，产生烧蚀。
2. 能量密度：激光的能量密度也是影响烧蚀的重要因素。
高能量密度会使物质表面温度迅速升高，产生更强烈的烧蚀效应。
3. 脉冲宽度：脉冲宽度较窄的激光可以在较短的时间内提供高能量，导致局部温度迅速升高，从而增强烧蚀效果。
4. 聚焦：激光的聚焦程度也会影响烧蚀效果。
聚焦程度越高，光斑越小，能量密度越高，从而增强烧蚀效果。
5. 扫描速度：扫描速度越慢，激光在某一区域停留的时间越长，能量吸收和累积越多，导致烧蚀效果增强。
6. 环境因素：例如气压、温度和物质表面的物理状态等环境因素也会影响激光烧蚀的效果。
总之，激光烧蚀是由于激光能量在物质表面引起高温和热能积累，导致物质熔化、汽化或发生化学反应的现象。
了解激光烧蚀的原因有助于更好地控制和应用激光技术。
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激光的烧孔效应
一、激光的原理与应用
1.1 激光的基本概念
1.2 激光的工作原理
1.3 激光的应用领域
•切割与焊接
•刻蚀与刻字
•雕刻与打标
•荧光光谱分析
•医疗与美容
二、激光照射物体的效应
2.1 激光与物质的相互作用
2.2 激光的热效应
2.3 激光的烧孔效应
三、激光的烧孔机制
3.1 吸收激光能量
3.2 能量传导与热扩散
3.3 热导致的物质变化
3.4 细化孔径与孔壁形态
四、影响激光烧孔效应的因素
4.1 激光参数
•激光功率
•激光脉冲宽度
•激光波长
4.2 材料特性
•材料吸收系数
•材料热导率
•材料浸润性
4.3 照射角度与孔深度
4.4 环境因素与工艺条件
五、激光烧孔效应的优化与控制
5.1 激光参数调节
5.2 材料选择与预处理
5.3 照射角度与孔深度控制
5.4 激光烧孔过程的监测与反馈调整
六、激光的烧孔效应在实际应用中的意义
6.1 工业制造领域的应用
6.2 生物医学研究与治疗领域的应用
6.3 其他领域的应用展望
七、结论
通过对激光的烧孔效应进行全面、详细的探讨，我们深入了解了激光与物质相互作用的过程，了解了激光的热效应以及烧孔机制。
同时，我们了解到激光烧孔效应受到多个因素的影响，如激光参数、材料特性、照射角度与孔深度等。
在实际应用中，对激光烧孔效应进行优化与控制，可以在工业制造、生物医学研究与治疗等领域发挥重要作用。
随着激光技术的不断发展与创新，相信激光的烧孔效应将在更多领域展现出其巨大的潜力与应用价值。