激光原理與全息技術(shù)

復(fù)習(xí)提綱第1章激光的基本原理1.激光的特點(diǎn)是？（pp:4-6)(1)單色性好(2)相干性好(3)方向性好(4)高亮度注意單色性和相干長(zhǎng)度的計(jì)算2.光與物質(zhì)的三種相互作用(pp:6-7)受激吸收；自發(fā)輻射；受激輻射3.粒子數(shù)反轉(zhuǎn)（集居數(shù)反轉(zhuǎn)）(pp:7)要使受激輻射占據(jù)主導(dǎo)地位，應(yīng)該設(shè)法改變?cè)酉到y(tǒng)所處于熱平衡時(shí)的分布，使處于高能級(jí)的原子數(shù)超過處于低能級(jí)的原子數(shù)，即實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)分布反轉(zhuǎn)。

如何實(shí)現(xiàn)？（pp21）“激勵(lì)”或“泵浦”，光激勵(lì)，電激勵(lì)，化學(xué)激勵(lì)等4.激光器的基本結(jié)構(gòu)(pp:8)工作物質(zhì)，光學(xué)諧振腔，激勵(lì)源5.形成激光的基本條件(pp:9)(1)工作物質(zhì)在激勵(lì)源的激勵(lì)下能夠?qū)崿F(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)；(2)光學(xué)諧振腔能使受激輻射不斷放大，即滿足增益大于損耗的閾值條件；(3)滿足駐波條件和頻率條件。

6.光譜線的幾種加寬形式(pp:14)按原因分類：自然加寬、碰撞加寬和多普勒加寬。按譜線加寬的特點(diǎn)分類：均勻加寬、非均勻加寬和綜合加寬注意掌握自然加寬譜線寬度計(jì)算公式、碰撞加寬譜線寬度計(jì)算公式7、線型函數(shù)均勻加寬是洛倫茲型，氣體中的非均勻多普勒加寬是高斯型。第2章光學(xué)諧振腔

8.光子態(tài)？相格？光子簡(jiǎn)并度？(pp:17-18)由不同特征所決定的光子狀態(tài)就叫做光量子態(tài)，簡(jiǎn)稱光子態(tài)。在六維相空間，一個(gè)光子狀態(tài)對(duì)應(yīng)的最小相空間體積元即稱為相格。處于同一光子態(tài)的平均光子數(shù)稱為光子簡(jiǎn)并度，也稱為同態(tài)光子數(shù)。9.什么是增益系數(shù)和增益飽和(pp:20-21)增益系數(shù)——光通過單位距離后的增長(zhǎng)率叫做增益系數(shù)，即單位距離光強(qiáng)的相對(duì)增長(zhǎng)率.增益系數(shù)隨著光強(qiáng)的增加而減小，這種效應(yīng)稱為增益飽和。10.駐波條件推導(dǎo)諧振頻率及其間隔(pp:23)

由整數(shù)q所表征的腔內(nèi)縱向的穩(wěn)定場(chǎng)分布稱為激光的縱模,注意以上公式的計(jì)算。P23例題：實(shí)現(xiàn)單縱模振蕩對(duì)腔長(zhǎng)的要求11.三能級(jí)系統(tǒng)和四能級(jí)系統(tǒng)的圖示及工作過程分析(pp:19-20)12.諧振條件——激光器的輸出頻率必須同時(shí)滿足以下三個(gè)條件：(pp:24)(1)頻率值必須滿足諧振條件，即(2-27)式：(2)頻率值必須在工作物質(zhì)的譜線寬度之內(nèi)(3)相應(yīng)的小信號(hào)增益系數(shù)必須超過閾值，13.縱模，橫模從不同側(cè)面反映腔內(nèi)穩(wěn)定的光場(chǎng)分布，激光模式用TEMmnq來標(biāo)志。(pp:24)在垂直于傳播方向上某一橫截面上形成穩(wěn)定的場(chǎng)分布，稱為橫模。橫模序數(shù)m，n14.光學(xué)諧振腔損耗有以下五種(pp:25)A.腔鏡反射不完全產(chǎn)生的透射損耗；B.腔鏡的吸收和散射損耗；C.腔內(nèi)插入元件的吸收與散射損耗；這三種損耗，對(duì)不同的橫模，一視同仁，無選擇性D.腔鏡大小產(chǎn)生的衍射損耗；E.光線在腔內(nèi)來回傳播產(chǎn)生的幾何偏折損耗。后兩種損耗，對(duì)不同的橫模，表現(xiàn)為有選擇性，對(duì)低階模損耗小，對(duì)高階模損耗大。15.腔的光子壽命(pp:25)為單程損耗，L‘為諧振腔的光學(xué)長(zhǎng)度16.光學(xué)諧振腔的Q值(pp:26)17.無源腔縱模線寬(pp:26)注意以上公式的計(jì)算

18.光學(xué)諧振腔各種損耗的計(jì)算(pp:26-28)(1)腔鏡反射不完全產(chǎn)生的損耗單程損耗R1為全反鏡，部分反射鏡R2接近于1時(shí)，作級(jí)數(shù)展開可得(2)幾何偏折損耗(1)平行腔斜光束的幾何損耗(2)平行腔平行度差引起的幾何損耗

(3)衍射損耗定義菲涅耳數(shù)衍射損耗越大，菲涅耳數(shù)越小。19.諧振腔常見腔型結(jié)構(gòu)(pp:29)(1)平行平面腔(簡(jiǎn)稱平平腔)：(2)凹面反射鏡腔(簡(jiǎn)稱雙凹腔)。(3)平凹反射諧振腔(平凹腔)：(4)平凸反射諧振腔(平凸腔)：(5)雙凸反射諧振腔(雙凸腔)：20.諧振腔穩(wěn)定性條件(2-46)式(pp:33)根據(jù)計(jì)算值，判斷腔是穩(wěn)定、非穩(wěn)、介穩(wěn)典型腔型的判斷：對(duì)稱共焦腔（穩(wěn)定）、平行平面腔（介穩(wěn)）、共心腔（介穩(wěn)）21.基模的光斑尺寸和模體積(pp:37)振幅下降到軸上(Z軸)值的1/e時(shí)所對(duì)應(yīng)的半徑值，稱為光斑尺寸。Z=0處光斑尺寸最小，稱為光束的腰。模體積是指該激光模式在腔內(nèi)所占的空間范圍?；ｓw積(P38例題)22.選擇基模振蕩而抑制高階橫模的技術(shù)稱為橫模選擇。橫模選擇的方法(pp:38-40)1、選擇腔型和腔參數(shù)2、小孔光闌選模3、反射鏡失調(diào)選模法……23.解釋非均勻增寬中的“燒孔”效應(yīng)(pp:43)24.解釋均勻加寬增益飽和(pp:43)25.蘭姆凹陷(pp:44)與對(duì)稱燒孔效應(yīng)相聯(lián)系的是激光的輸出功率曲線在中心頻率處有一個(gè)下陷，稱為蘭姆凹陷

第3章激光器的工作原理26.解釋均勻加寬情況下的縱模模式競(jìng)爭(zhēng)（圖解說明）(pp:45)

27.解釋固體激光器的空間燒孔(pp:45-46)28.什么是模牽引效應(yīng)(pp:48)由于增益介質(zhì)在中心頻率(即共振頻率)附近，存在著強(qiáng)烈的色散效應(yīng)，使實(shí)際振蕩頻率較無源腔的振蕩頻率更靠近譜線的中心頻率。29.縱膜選擇的方法(pp:48-50)1、短腔法選縱模2、腔內(nèi)插入標(biāo)準(zhǔn)具選模3、晶體雙折射選模30.調(diào)Q(pp:51-53)在激光器開始運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，先讓諧振腔處于低Q值狀態(tài)，即腔損耗大，激光振蕩不能產(chǎn)生，但粒子數(shù)隨泵浦不斷地被抽運(yùn)到上能級(jí)亞穩(wěn)態(tài)上，使亞穩(wěn)態(tài)上的粒子數(shù)可以積累到很高的水平，然后使諧振腔Q值突然增大，即使諧振腔的損耗瞬間降低，在腔內(nèi)迅速建立起極強(qiáng)的振蕩，因而在極短的時(shí)間內(nèi)高能級(jí)粒子貯存的大部分能量轉(zhuǎn)變?yōu)榍粌?nèi)的光能量，此時(shí)就輸出一個(gè)很強(qiáng)的激光脈沖。調(diào)Q脈沖量級(jí)：ns

調(diào)Q的方法——轉(zhuǎn)鏡調(diào)Q，電光調(diào)Q，聲光調(diào)Q，染料調(diào)Q

31.什么是鎖模？鎖模的好處(pp:53-54)如果能夠以某種方式迫使多個(gè)振蕩模式維持固定的頻率間隔與固定的相位，那么激光器的輸出將以一種預(yù)定的方式隨時(shí)間變化，這就叫鎖模(亦稱相位鎖定)。相位鎖定就是使多縱模激光器各自獨(dú)立振蕩的縱模在時(shí)間上有序。鎖模脈沖的寬度可以窄到皮秒，甚至飛秒量級(jí)(10-15s)，其峰值功率比調(diào)Q脈沖要高幾個(gè)數(shù)量級(jí)，能輸出超短光脈沖序列。32.鎖模方法分類：主動(dòng)鎖模和被動(dòng)鎖模(pp:54)主動(dòng)鎖模是在腔中插入一定頻率的調(diào)制器，對(duì)光束進(jìn)行振幅調(diào)制或相位調(diào)制；被動(dòng)鎖模是利用腔內(nèi)的可飽和吸收染料（或吸收氣體）來實(shí)現(xiàn)主被動(dòng)同時(shí)鎖模、同步泵浦鎖模、碰撞鎖模。33.穩(wěn)頻(pp:54)影響頻率穩(wěn)定的因素（1）腔體振動(dòng)（2）機(jī)械機(jī)構(gòu)的熱膨脹（3）腔內(nèi)光學(xué)元件的折射率隨溫度變化（4）氣壓的變化引起折射率的變化34.典型激光器的特征波長(zhǎng)（判別顏色）激勵(lì)方式（光激勵(lì)，氣體放電激勵(lì)......）工作方式（連續(xù)，脈沖......）He-Ne激光器，氬離子激光器，氪離子激光器，CO2激光器，He-Cd激光器，紅寶石激光器，YAG激光器，半導(dǎo)體激光器等第4章典型激光器件

35.He－Ne激光器的結(jié)構(gòu)類型？及各自的特點(diǎn)？(pp:56-58)一般分為三種，即內(nèi)腔式、外腔式（含布儒斯特窗）、半外腔(或稱半內(nèi)腔)式。三種結(jié)構(gòu)類型的特點(diǎn)。36.固體激光器的一般組成？固體激光器特有的裝置是？(pp:63)固體激光器一般由工作物質(zhì)、激勵(lì)源、諧振腔、聚光腔和水冷系統(tǒng)五個(gè)部分組成。其中聚光腔是固體激光器特有的裝置。37.半導(dǎo)體激光器的特點(diǎn)(pp:67)(1)體積小，重量輕，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單而堅(jiān)固。(2)效率高。(3)發(fā)散角大。(4)輸出功率小。(5)受溫度影響較嚴(yán)重。38.染料激光器最突出的優(yōu)點(diǎn)是其激光波長(zhǎng)在一個(gè)較大的范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)(pp:69)全息部分39.全息照相的特點(diǎn)（利用激光的干涉特性）(pp:73)1、全息圖能進(jìn)行波面的記錄和再現(xiàn)，可觀測(cè)到有實(shí)物感的三維立體像。2、全息圖不用透鏡也能成像。3、全息圖彌漫性好。4、一張干板可進(jìn)行多次記錄。5、由于能夠立體利用感光材料，因而在小的空間可存貯巨量信息。40.全息照相的基本原理PP：74-75(1)記錄過程記錄物光和參考光相干疊加后的光強(qiáng)，包含了物光波的相位信息(2)再現(xiàn)過程通常用與參考光全同的在再現(xiàn)光去照射全息圖參考光相對(duì)物光偏離一定角度時(shí)，可以把不需要的共軛像及零級(jí)背景光與有用的原始像分開——離軸全息41.全息圖的類型(1)按物體與記錄介質(zhì)的位置關(guān)系分類(pp:77-78)(2)按記錄介質(zhì)分類(pp:78)(3)按被照物體的種類(pp:79)42全息記錄介質(zhì)基本物理量的概念（