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1.4 激光原理 1、光子的基本性质 一、光既是粒子又是波，具有波粒二象性！ 1、光子的能量： 2、光子的质量： 3、光子的动量：
4、光子有两个独立的偏振态。
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5、光子有自旋，且自旋量子数为整数，大量光子的集合服从玻色——爱因斯坦分布。
二、光的粒子性和波动性的统一：利用量子电动力学的理论，将电磁场量子化。 1、电磁场的本征模式：具有基元能量 和基元动量 的物质单元即属于同一本征模式的光子。 2、具有相同动量和相同能量的光子彼此不可区分，应属于同一模式（或状态）。 3、处于同一模式或同一壮态的内的光子数目是没有限制的。
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4、任意电磁场可以看作一系列单色平面波或本征模式的线性叠加。
三、光波模式——从波动性来讨论 1、麦氏方程的解 特解：单色平面波。 通解：一系列单色平面波的叠加。 2、自由空间中的电磁波:任意波矢的平面波均可以存在! 3、受边界条件限制空间的电磁波：一系列独立的具有特定波矢 的平面单色驻波。即只允许驻波光模式存在！
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4、光波模式：能存在于腔内的以波矢 为标志的电磁波模式。不同模式以 区分，同一 又由于对应两个独立的偏振态，则同一波矢 对应两个不同偏振方向的光波模式。
5、体积为V 的空腔中的光波模式数 在x,y,z三方向应用驻波条件得： （1）设： 又因为： 则 的三个分量应满足：
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（2）光波模式的波矢空间表示 波矢空间：以kx、ky、kz为直角坐标系构成的空间。 每一个光波模式对应该空间的一个点。 每个光模在波矢空间所占体积为： 处于空腔单位体积内，频率位于 附近单位频率间隔的光波模式数（光波模密度）为：
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在频率很高的光频波段 ,由于λ<<L ,空腔中模密度很大，因而Laser的制成面临更大的挑战。
四、光子态——从粒子性来讨论 1、经典力学中粒子运动状态的描述 用六维相空间的一个点，即广义笛卡尔坐标（x,y,z,px ,py ,pz）精确描述！ 2、光子运动状态的描述 受测不准关系的限制，其坐标和动量不能同时准确测定！ （1）一维运动时：在 的二维相空间面积元内的粒子状态在物理上不可区分，故属于同一种光子状态。
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（2）二维运动时：在 的四维相空间面积元内的粒子状态在物理上不可区分，故属于同一种光子状态。
（3）三维运动时：在 的六维相空间体积元内的粒子状态在物理上不可区分，故属于同一种光子状态。 （4）相格：一个光子状态对应的相空间体积元，是用任何实验所能分辨的最小尺度。 说明：光子的运动状态只能定义在相格中，但不能确定它在该相格中的精确位置！
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2、光子的相干性和光子简并度 （5）相空间体积元大小： （6）相格空间体积：一个相格所占的坐标空间体积。
五、光波模式与光子状态的关系：等效。 一个光波模即是一个光子态，在波矢空间中占据一个体积 一个光子态在六维相空间中占据一个相格 一个相格或一个光子态内的光子不可区分。 2、光子的相干性和光子简并度 一、光的相干性的分类
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（1）时间相干性：波场中同一点不同时刻光波场特性的相关性。此相干性来源于原子发光的间断性。
①相干时间： 描述时间相干性的等效物理量： ②相干长度： ③谱线宽度： （2）空间相干性：波场中不同点在同一时刻光波场特性的相关性。此相干性来源于光源中不同原子发光的独立性。
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二、相干性的粗略描述——相干体积 ①相干体积Vc：若在空间体积Vc内各点的光波场都具有明显的相干性，则Vc称为相干体积。 相干面积: R S1 S2 Lx 事例:双缝干涉实验中的条纹可见度要高,必须要求光波有明显的相干性,即要满足: 物理意义:光源的线度 不能大于 !
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则相干面积为： 说明：R、 固定时， 越大，则相干面积Ac越小。 则光源面积为： 物理意义：要使传播方向（波矢 ）限于张角 的光波具有明显的相干性，则光源面积必须小于 ，此即为光源的相干面积。 则光源的相干体积满足：
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物理意义:要使传播方向限于 以内并有频带宽度 的光波明显相干，则光源的体积应限制在 以内。
属于同一光子态的光子是相干的，应包含在相干体积内，相格空间体积等于光源的相干体积。 R S1 S2 Lx 证明： 较小时，x, y方向的动量不确定范围是： x y z
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又因为： 所以： 所以： 代入式子 得： 刚好是光源的相干体积！
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①相格空间体积=一个光波模或光子态占有的空间体积=光源的相干体积。
结论 ②相同光子态或光波模式的光子是相干的，不同光子态或不同光波模式的光子是不相干的。 二、光子简并度 1、对好的相干光源的衡量标准 尽可能高的相干光强，足够大的相干面积，足够长的相干时间（或相干长度）。 普通光源的缺陷：增大相干面积、相干长度与增大相干光强是矛盾的！
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激光光源：是把大的相干光强与好的相干性结合起来的强相干光源。
2、相干光强：是描述光的相干性的参量之一，其大小取决于具有相干性的光子数的数目或同态光子的数目。 3、光子简并度：处于同一光子状态的光子数目。用 表示。 4、相干光强与光子简并度的关系：相干光强的大小取决于光子简并度的大小，光子简并度越大，则相干光强越大。 5、光子简并度的等效含义 光子简并度 =同态光子数=同一光波模式内的光子数=同一相干体积内的光子数=同一相格内的光子数。
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3 激光原理 1.受激吸收 如果原子因受满足频率条件的光的激励而跃迁到较高能态，这种过程就称为受激吸收。 受激吸收
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2 自发辐射 没有外界作用，原子自发地由高能态跃迁到低能态，并辐射一个光子，这种过程叫自发辐射。 各个原子自发辐射的光是非相干光 自发辐射
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若原子受到一个满足频率条件的外来光子的激励，由高能态跃迁到低能态，则辐射出另一同 频率的光子来，这种过程叫做受激辐射。
3 受激辐射 若原子受到一个满足频率条件的外来光子的激励，由高能态跃迁到低能态，则辐射出另一同 频率的光子来，这种过程叫做受激辐射。 受激辐射 受激辐射 各个原子受激辐射的光是相干光 吸收自发受激辐射
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粒子按能级的统计分布 原子体系热平衡温度为T，在能级En上的原子数为Nn, 则
k为玻耳兹曼常数，上面的统计规律称为玻耳兹曼正则分布， g n为主量子数为n 的能级 (能量为E n)简并度. (简并度是具有相同能量的原子状态数.) N1为处于能级E1的原子数, N2为处于能级E2的原子数, E2>E1,则
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或 热平衡时,处于高能级的原子数总是低于处于低能级 的原子数.即
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能级的寿命 则有 E2能级上的粒子数 , 在dt 时间内自发跃迁到E1能级上的粒子数为-dN2 ,则
为单位时间由E2能级向E1能级跃迁的几率. 因此 将上式积分,得 令 则有
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具有时间的量纲, 它反映了粒子平均在E2能级上停留的时间的长短,叫做粒子在该能级上的平均寿命, 简称寿命(或自然寿命),它是影响谱线线宽的因素之一。
原子的能级寿命与原子的结构有关,一般激发态能级寿命~10-8s,寿命达10-3~1秒的能级状态,称亚稳态. 实际上由于碰撞或其他外界干扰,原子能级的寿命要比自然寿命(10-8s)小几个数量级.
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爱因斯坦系数 设dN21为dt时间内由E2自发跃迁到E1能级上的粒子数,则
由于受激辐射和受激吸收是由于外来光引起的，故单位时间的跃迁几率应与原子周围该频率的辐射能量密度成正比.因此 称为爱因斯坦系数.
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在热平衡状态下, 两能级之间,单位时间受激吸收的光子数应等于受激发射和自发发射的光子数.因此
或 解出 玻耳兹曼正则分布:
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由普朗克公式: 上式与前式相比较，得 要使上式两端对任何h/kT之值都成立,相应系数必须相等.
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即 上面两关系式叫做爱因斯坦关系式,虽然是在热平衡条件下推出的,但它对普遍情况仍是适用的. 是单位时间粒子由E1能级跃迁到 E2能级上的几率, 是单位时间粒子由E2能级跃迁到E1能级上的几率.
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选择光传播方向. 谐振腔对光束方向的选择， 无谐振腔时受激辐射的方向是随机的
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受激辐射的相干性 1、受激辐射光与自发辐射光的区别 受激辐射光是相干光，自发辐射光是非相干光。 2、造成两种辐射光区别的理论解释 ⑴爱因斯坦的唯象理论由于不涉及原子发光的具体物理过程，故而无法解释。 ⑵量子电动力学的解释 ①受激辐射是在外界辐射的控制下产生的，受激辐射光子与激励的入射光子是同一光子态的，具有相同的频率、相位、波矢、偏振态。大量原子在同一辐射场激发下产生同一光子态或同一光波模式的光子，因而是相干的。
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②自发辐射不受外界辐射场的影响，是自发的，大量原子的自发辐射光子具有各自不同的频率、相位、波矢、偏振态，呈无规则、随几的分布。自发辐射光平均地分配到腔内所有的模式上，而不属于同一光子态或同一光波模式，因而是非相干的。 ⑵原子发光的经典电子论模型的解释 ①受激辐射对应于电子在外加电场作用下作受迫振荡时产生的辐射，受迫振荡产生的辐射的频率、相位、波矢、偏振态应与外加电场一致，即大量受激辐射光子的性质被外加的同一电场同步。因而是相干的。
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二、实现光放大的必要条件——进行泵浦使工作物质处于集居数反转
1、集居数：各能级上的原子数。 2、要产生受激辐射的光放大，必须使相同时间内的受激辐射光子数大于受激吸收的光子数。即： 3、热平衡状态下无法实现受激辐射的光放大 4、实现光放大的必要条件——进行泵浦使工作物质处于集居数反转
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时，要求： ⑴集居数反转 时，要求： ⑵集居数反转状态下的特点 ①可使受激辐射的光子数大于受激吸收的光子数，从而可实现受激辐射的光放大。 ②此时物质处于非热平衡状态，玻耳兹曼分布不成立，或如果一定要要求玻耳兹曼分布成立，则必然导致热力学温度T为负，即负温度状态。 理解：负温度状态并非指物质的温度真正为负，而是反映了集居数反转状态不是热平衡状态，玻耳兹曼分布规律不再有效。
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⑶集居数反转的实现 向物质提供能量，即进行泵浦(或激励)，打破热平衡！ 三、光放大物质的增益曲线与增益系数 1、激活物质(或激光介质)：处于集居数反转的物质。又可叫光放大器。 2、增益系数g(z)：光通过单位长度的激活物质后增加的光强与原光强的比值(或百分比)。 定义式： 3、小信号情况下的光强随距离指数式增长。
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(1)增益饱和效应的定义：集居数反转n2(z)-n1(z)随z的增加而减小从而导致增益系数g也随z而减小的现象。
吸收与增益 4、增益饱和效应 No!应减小！ n2(z)-n1(z)不随距离z变化,可能吗？ 理由：光强的增加正是由于高能级原子向低能级受激跃迁的结果。即光放大是以单位体积内集居数反转n2(z)-n1(z)的减小为代价的。所以，增益系数必然随z而减小。光强越大，减小越快！ (1)增益饱和效应的定义：集居数反转n2(z)-n1(z)随z的增加而减小从而导致增益系数g也随z而减小的现象。 数学表示： ——集居数反转饱和 ——增益系数的饱和
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其中：Is为饱和光强， n20-n10是光强为零时单位体积内的初始集居数差值。g0即g(I=0)为小信号增益系数。
(2)小信号增益的条件 否则，为大信号增益系数，需要考虑饱和效应。 5、增益曲线 (1)g是I和 的函数，g与I有关，是由于饱和效应，g与 有关，是由于每个能级都具有一定的宽度。故： (2)增益曲线
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光的自激振荡 ：增益线宽 :谱线的中心频率 说明：光放大与光的自激振荡既不同，又有联系。 一、自激振荡的概念
激活介质中增益和损耗两种过程的共同作用与激光振荡的建立、激光功率以及激光脉宽等的变化规律等方面密切相关。
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1、损耗系数 ：光通过单位距离后光强衰减的百分比。
2、同时考虑增益和损耗以后 3、自激振荡过程的建立 弱光强I0进入一无限长光放大器,开始时I(z)按小信号放大规律按 增长。然后, 由于增益饱和效应， I(z)的增长速率会变慢，最后，当 时，I(z)不再增长并达到一稳态值Im。 由 得:
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说明：可见, Im只与放大器本身的参数有关而与初始光强I0无关。特别是，不管初始I0多么弱，只要放大器足够长，就总能形成确定大小的光强Im。这即是自激振荡的概念。这就表明，当激光放大器的长度足够大时,它可能成为一个自激振荡器。 实际情况下，使激光放大器足够长是不现实的！ 光谐振腔 ⑴定义：只要在有一定长度的光放大器两端放置两个反射镜形成光谐振腔。这样，轴向光波模就能在反射镜间往返传播。就等效于增加放大器长度。光谐振腔的这种作用也称为光的反馈。 光放大 无谐振腔受激辐射
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⑵光谐振腔的作用 ①选择激光模式，提高激光的相干性。 ②提供光的正反馈。实现光的受激辐射放大。 注明：①当介质的增益很大时，可以不加谐振腔，也可形成激光。②激光来源于自发辐射噪声。 振荡的条件 驻波 1、形式一 —激光振荡条件 当 时为阈值条件，此时，腔内光强维持在I0的极其微弱的水平上。 2、形式二
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其中， 为平均单程损耗。L为腔长，l为工作物质长度。 为单程小信号增益。
注意：激光器的几乎一切特性(例如输出功率、单色性、方向性等)以及对激光器采取的许多技术措施(例如稳频、选模、调Q、锁模等)都与增益和损耗特性有关。因此，工作物质的增益特性和光腔的损耗特性是掌握激光基本原理的线索。
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3 开放式光腔与高斯光束 线索:1、稳定腔及其模式问题 ①以共焦腔模的解析理论作为理论基础
3 开放式光腔与高斯光束 核心问题：开腔模式问题! 线索:1、稳定腔及其模式问题 ①以共焦腔模的解析理论作为理论基础 方形镜共焦腔：镜面上的场分布为厄米-高斯函数。 圆形镜共焦腔：镜面上的场分布为拉盖尔-高斯函数。 ②在高斯光束传输规律的基础上，可建立一般非共焦稳定球面腔与共焦腔之间的等价性，从而将共焦腔的模式理论推广到一般稳定球面腔。 ③稳定球面腔激光器输出的激光，将以高斯光束的形式在空间传播。 2、高斯光束在自由空间、均匀各向同性介质中的传输以及通过简单透镜系统的变化和聚焦。
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3、稳定腔的缺陷在于好的光束质量和高的输出功率难于兼顾。则需要采用非稳腔。
最早的激光腔：平行平面腔或F-P腔！ 一、光腔的分类 * 1、闭腔：腔的反射镜紧贴着激光棒的两端，形成封闭结构，旁轴光线将在侧壁发生全内反射。理论上应将其处理为介质腔。 如：半导体激光器
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*2、气体波导腔：在一段空心介质波导管两端适当位置处放置两块适当曲率的反射镜片而构成，在空心介质波导管内，场服从波导管中的传输规律，而在波导管与腔镜之间的空间中，场按与开腔中类似的规律传播。
3、开腔:侧面无光学边界的腔 根据几何损耗的高低，又可分为三类： 稳定腔、非稳腔、临界腔！
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4、其他：简单腔、复合腔；高损腔、低损腔；折叠腔；环形腔；行波腔、驻波腔等。
介质波导腔，半导体激光器 环形腔
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二、模式概念及腔和模之间的一般关系 1、谐振腔的模式 谐振腔内允许或可能存在的电磁波的本征态或腔内可能区分的光子的状态。 2、模与腔的关系 腔的参数确定后，则模的特征就由麦氏方程组及腔的边界条件唯一地确定。 3、模的基本特征 4、处理腔模的方法 说明：不同的腔型，求解模的方法有所不同！ 三、均匀平面波模型法分析开腔傍轴传播的谐振条件 以F-P腔中光沿轴向进行传输的情形为例讨论！
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1、腔内要形成的稳定的驻波模式，必须满足驻波条件
假设：n为腔内介质的折射率， 为腔长， 为光在真空中的波长。 为腔的光学长度。 为整数。则： ——谐振条件 2、模式特点 ①满足谐振条件的各个频率即纵模由q决定，且是分立的！ ——纵模间隔
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：单模线宽 频率梳 ②腔横截面内的场是均匀分布。 四、光腔的损耗分类及其描述 1、分类 ①无源腔(腔内的g0＝０)的损耗 a、几何偏折损耗：从腔的侧面偏折出去而形成的损耗。大小与腔型、腔尺寸以及模式有关。稳定腔的小，非稳腔的高；低阶横模的小，高阶横模的高。
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b、衍射损耗：由于腔镜尺寸有限导致的！大小与腔的菲涅耳数 、几何参数g、横模种类有关。
c、腔镜反射不完全引起的损耗：如吸收、散射、透射等。 ②有源腔的损耗 a、b、c与无源腔的一致。 d、内损：材料中的非激活吸收、散射、腔内插入元件引起的损耗等。 说明：a、b由于与模式有关，故又称为选择性损耗，c、d则为非选择性损耗。
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2、描述 ①平均单程损耗因子 定义一：若初始光强为 ,在腔中往返一次后，光强衰减为 ，则有： 对于多种损耗，则： 定义二：单程渡越时光强的平均衰减百分数 说明：当损耗较小时，两种定义一致。 ②光子在腔内的平均寿命（又叫腔的时间常数）
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物理意义: 当 时， 可见， 越大， 越短，腔内光子数衰减越快！ 也可看成腔内光子的平均寿命。 ③无源腔的Q值 腔内储存的总能量 定义一 : 单位时间内损耗的能量 定义二 :
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定义三 : 激光的单模线宽 小结：光腔的损耗可用δ、 、 、Q值描述。损耗越大， δ 越大， 越短， 越宽，Q值越小。 3、典型损耗的估算(略) 作业: (1) 设两腔镜的反射率分别为r1和r2，试推导由镜面反射不全导致的腔损耗。 (2) 设平行腔中一镜倾斜一微小角度，试推导由此倾斜引起的损耗。
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与输出相关的是镜面上的场! 开腔模式的物理概念和衍射理论分析方法 在开腔中是否存在电磁场的本征态或不随时间变化的稳态场分布?如何求场分布?
稳态场分布的形成:可看成光在两镜面间往返传播的结果! 与输出相关的是镜面上的场! 一个镜面上的场 另一个镜面上的场 方法 求解衍射积分方程! 一、开腔模的一般物理概念 1、理想开腔模型 两块反射镜面放在无限大的均匀的各向同性介质中。
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可忽略腔侧壁的不连续性，决定衍射效应的孔径由镜的边缘决定！
2、决定腔模形成的损耗：主要是腔镜边缘的衍射损耗，其他的损耗只使横截面上各点的场按照相同比例衰减！ 3、稳态场的形成——模的“自再现” 镜1上的场分布，到达镜2时，由于衍射，要经历一次能量的损耗和场分布的变化，中间能量损失小，镜边缘损失大，每单程渡越一次，都会发生类似的能量损耗和场分布变化，多次往返后，从而逐渐形成中间强、边缘弱的基本不受衍射影响的稳态场分布，该稳态场分布一个往返后可“自再现”出发时的场分布，唯一变化是镜面上各点的场振幅按同样的比例衰减，各点相位发生同样大小的滞后。
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(1) 自再现模：往返一次能再现自身的稳态场分布。
(2)往返损耗：自再现模往返一次的损耗。 (3)往返相移：自再现模往返一次的相位变化，等于2π的整数倍。 二、自再现物理过程的形象化描述和定性解释——孔阑传输 横向场振幅分布和相位分布都均匀的平面波入射，经过多次孔阑的衍射影响后，二者都变得不再均匀，成为相对场振幅和相对相位分布都不受衍射影响的稳态场分布。
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三、几点理解 1、只有不受衍射影响的场分布才能形成稳定的场分布，成为自再现模。 2、衍射起“筛子”作用，将腔中允许存在的自再现模从各种自发辐射模中筛选出来。 3、自再现模是多次衍射的结果，与初始波形无关，但不同的初始波形最终形成的场分布不同，而自发辐射可提供不同的初始波形,因此决定了自再现模的多样性。 4、每经过一次衍射，光束横截面上各点的相位关联度变增加一次，则由于经过足够多次衍射的作用后，光束横截面上各点的相位关联越来越紧密，从而使光的空间相干性变强。
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1、分析衍射的理论基础：惠更斯—菲涅耳原理
四、菲涅耳—基尔霍夫衍射积分 1、分析衍射的理论基础：惠更斯—菲涅耳原理 2、定量处理开腔模式问题的数学理论：菲涅耳—基尔霍夫衍射积分 功能：如果知道了光波场在其所达到的任意空间曲面上的振幅和相位分布，就可以求出该光波场在空间其他任意位置处的振幅和相仿分布。 各子波源发出的球面波 倾斜因子
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S2 S1 经过j次渡越后所生成的场u j+1产牛它的场u j之间也应满足类似的迭代关系：
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五、对称开腔中自再现模应满足的积分方程式
按照自再现理论，当渡越次数 j 足够大时，除了一个表示振幅衰减和相位移动的复常数因子 以外，u j+1应该再现 u j，则： 代入迭代关系得
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则不受衍射影响的稳态场分布函数v( x, y )为：
其中的积分核为： 1 L 当腔长L和镜线度a满足：L >> a，或曲面反射镜的曲率半径R和镜线度a满足： R >> a时，有：
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则初步简化后的自再现模方程为： 六、复常数 的物理意义 e - ：单程渡越的振幅衰减！ 越大，则衰减愈厉害，若 0 ，则模无损耗传播。
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表示每经单程渡越后模的相位滞后， 愈大，相位滞后愈多。
(1) 对称开腔中模的单程损耗δd：自再现模单程渡越后的相对功率损耗。 (2) 对称开腔中模的单程总相移δФ 若满足： 一般的谐振条件
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注意：若对非对称开腔，则应按照往返一次进行讨论！
结论： 的模反映单程或往返一次的相对功率损耗，辐角反映单程或往返一次的总相移，从而决定谐振频率。 七、分离变量法 1、求解自再现模方程的思路 (1) 由开腔的具体结构，给出方程的具体形式并做简化 具体做法：由对称性引入适当坐标系 由 λ 、a、L的数量级关系 ，将积分核 做泰勒展开 舍去展开式中的小量，从而将方程简化
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(2) 进行变量分离，将化简后的积分方程化为两个单元函数的积分方程。
2、可行性分析 研究表明，对矩形及圆形平面镜腔、共焦球面或抛物面腔和一般球面镜腔等几种常见的几何结构，以上的简化和变量分离是可能的！ 3、方程简化和分离变量的事例分析 (1) 对称矩形平面镜腔 ( 2a×2b ) 数量关系：
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若满足： 可做菲涅耳近似：
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则模方程变为： 分离变量，令： 则积分核为：
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模方程变为两形式完全一样的方程，求一个即可：
方程的解有多个，其中第m和第n个分别为vm(x)和vn(y)，m和n为相应的复常数，则： ——积分本征值方程 镜面上的场分布为： 相应的复常数为：
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本征值方程存立的条件： m 和n 取一系列特定值——本征值。
对应本征值m 和n 的满足方程的场分布函数vm(x)和vn(y)为本征函数。 求解衍射积分本征值方程的目的意义：求出本征值和本征函数，从而决定开腔自再现模的全部特征。 本征函数：决定镜面上的场分布，包括场的振幅和相位分布。 镜面上场的位相分布。 镜面上场的振幅分布。 本征值：决定自再现模的传输特性，包括模的衰减、相移、谐振频率等。
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(2) 一般球面镜腔模方程的化简
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用到了： 特例：用于方形镜对称共焦腔 代入自再现模方程
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作业：说明求解开腔衍射积分本征值方程的目的意义。
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激光就是由受激辐射产生的被放大了的相干光。
激光的单色性 激光就是由受激辐射产生的被放大了的相干光。 激光的英文名为“Ｌight amplification by stimulated emission of radiation” 第一个字母的缩写。Laser
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激光的单色性 在普通光源中，单色性最好的是作为长度基准器的氪灯（K186）；它的谱线宽度为4.7×10-3纳米，而激光谱线宽为10-9纳米，为氪灯谱线宽度的5万分之一。采用稳频等技术还可以进一步提高激光的单色性。 光缆 计量工作的 标准光源、激光 通讯等利用了单 色性好的特点。
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激光的特性及其应用 激光通讯 普通光源与激光比较
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激光的相干性 1 时间和空间相干性 激光具有很好的相干性。 相干性 普通光源的相干长度约为1毫米至几十厘米， 激光可达几十公里。
全息照相 全息照相、全息 存储等就利用了相干 性好的特点。
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时间和空间信号
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工作物质 1 激光器的组成和常见激光器 泵浦源 常用激光器由三部分组成： 光学谐振腔 激励能源 激光 工作物质 谐振腔 1.5 典型激光器
激光器结构示意图
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激光器的组成和常见激光器 气体激光器 激光器的分类 固体激光器 液体激光器 按工作物质分 ： 半导体激光器 自由电子激光器 连续输出
按输出方式分： 脉冲输出
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梅曼和第一只激光器 红宝石激光器
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气体激光器
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固体激光器
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液体激光器
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半导体激光器
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2 激光的特性及其应用 （1）方向性好 激光束的发散 角很小，一般为 激光定位、导向、 测距等就利用了方向 性好的特点。
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激光的特性及其应用 （2）单色性好 光缆 计量工作的 标准光源、激光 通讯等利用了单 色性好的特点。
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激光的特性及其应用 激光通讯
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范围内的光集中到0.18 °范围，亮度提高100万倍。通过调Q等技术，压缩脉冲宽度，还可以进一步提高亮度。
激光的特性及其应用 (3)亮度高 亮度是光源在单位面积上，向某一方向的单 位立体角内发射的功率。 激光的输出功率虽然有个限 度，但由于其光束细（发散特别 小），功率密度特别大，因而其 亮度也特别大。把分散在180° 范围内的光集中到0.18 °范围，亮度提高100万倍。通过调Q等技术，压缩脉冲宽度，还可以进一步提高亮度。
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激光能量在时间和空间上高度集中，能在极 小区域产生几百万度的高温。 激光加工、激光手术、激光武器等就利用 了高亮度的特点。 激光打孔
激光的特性及其应用 激光能量在时间和空间上高度集中，能在极 小区域产生几百万度的高温。 激光加工、激光手术、激光武器等就利用 了高亮度的特点。 激光打孔 激光切割
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激光的特性及其应用 低能激光武器 高能激光武器
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(4)相干性好 激光具有很好的相干性。 普通光源的相干长度约为1毫米至几十厘米， 激光可达几十公里。 全息照相、全息 存储等就利用了相干
激光的特性及其应用 (4)相干性好 激光具有很好的相干性。 普通光源的相干长度约为1毫米至几十厘米， 激光可达几十公里。 全息照相 全息照相、全息 存储等就利用了相干 性好的特点。
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（3) 激光的应用
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激光动力火箭
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