华科光电激光原理与技术复习大纲课件.ppt

1、激光原理与技术复习提纲2016-6-14最新版本1ppt课件第一章 自发辐射、受激辐射、受激吸收的物理概念；二能级系统粒子数密度变化的速率方程（相关公式）；三种光场与物质相互作用过程的爱因斯坦系数之间的相互关系（相关公式）；产生激光的必要条件；自激振荡产生的过程；增益系数的定义（相关公式）；2ppt课件第二章 基本光学元件的光线传输矩阵；(表2.1前六种)复杂光学系统光线传输矩阵的计算方法；双周期透镜波导的光线稳定条件；（相关公式）基模高斯光束的基本表达式；（37页相关公式）基模高斯光束的性质，光斑半径变化规律、远场发散角、等相位面曲率半径变化规律、瑞利长度、横向平面上能量分布规律等；（相关公

2、式）3ppt课件第二章 高阶高斯光束横向平面上的光强分布；高斯光束的传输变换、ABCD法则；（q参数、ABCD法则相关公式）高斯光束的聚焦、准直、匹配和自再现变换；（相关公式会推导或记忆）4ppt课件第三章 光学谐振腔的稳定性条件；（相关公式）稳区图；光学谐振腔的分类；光学谐振腔中的纵模与横模；光学谐振腔的纵模间隔与纵模存在条件；（相关公式）5ppt课件第三章 光学谐振腔中自再现模式的衍射积分分析方法；平平腔的Fox-Li迭代法；平平腔自再现模式的特点；6ppt课件第三章 方形镜对称共焦腔的自再现模式，其基横模的基本公式、镜面上的光斑半径、等相位面等特性；（相关公式）方形镜共焦腔自再现模式的厄

3、米高斯分布特征；圆形镜共焦腔自再现模式的拉盖尔高斯分布特征；7ppt课件第三章 一般稳定球面腔与对称共焦腔的等价性；求解一般稳定球面腔对应的对称共焦腔；（相关公式会推导或记忆）非稳腔的轴上共轭像点、几何自再现波形；共焦非稳腔的特点、设计方法；非稳腔的几何放大率和能量损耗率；（相关公式）8ppt课件第四章 自然加宽、碰撞加宽的产生机理以及均匀加宽的特性；均匀加宽的线型函数；（相关公式）多普勒加宽的产生机理以及非均匀加宽特性；三能级、四能级系统速率方程；（相关公式）9ppt课件第五章 增益饱和的物理概念以及其在稳定的激光输出中所起到的作用；阈值条件、小信号增益系数及小信号粒子反转数的物理概念；小信

4、号粒子反转数的表达式；（相关公式）增益系数的表达式；（相关公式）10ppt课件第五章 均匀加宽工作物质中的粒子反转数饱和及增益饱和的特点，增益饱和的表达式（相关公式）；非均匀加宽工作物质中的粒子反转数饱和及增益饱和的特点；均匀加宽、非均匀加宽工作物质中的模式竞争；11ppt课件第五章 连续激光器输出功率；最佳透过率；（相关公式会推导）空间烧孔；兰姆凹陷；12ppt课件激光技术 电光效应的基本原理；KDP晶体横向应用、纵向应用的系统构成方法，半波电压（相关公式）；电光调制器的基本原理和使用方法；声光效应的基本原理；声光调制器的基本原理和使用方法；声光相互作用长度、布拉格衍射判据、布拉格衍射效率、

5、布拉格衍射角；（相关公式）13ppt课件激光技术 调Q的基本原理；PTM方式调Q脉冲脉冲能量、脉冲宽度的计算；（相关公式）PRM方式和PTM方式电光调Q激光器的构成及调Q工作过程；超阈度的定义及其对调Q输出脉冲的特性的影响；（相关公式）14ppt课件激光技术 锁模的基本原理；声光驻波场锁模工作原理，脉冲宽度、纵模个数、峰值功率、声场驱动频率，以及上述参量之间的相互影响关系；（相关公式）；调Q脉冲和锁模脉冲的特性及其区别；15ppt课件激光原理与技术激光原理与技术总结分析总结分析182光电光实130126激光原理与技术1936月29日AM东九A404唐霞辉 易飞182光电光卓130129激光原理

6、与技术1936月29日AM东九A405唐霞辉 易飞20152016学年第二学期期末考试安排 考试时间：AM(上午)：8：3011：00 PM（下午）：3：005：30 NIG(晚上)：7：009：30激光原理与技术激光原理与技术 激光器的几乎一切特性以及对激光器采取的技术措施都与增激光器的几乎一切特性以及对激光器采取的技术措施都与增益和损耗特性相关。因此，工作物质的增益特性和光腔的损益和损耗特性相关。因此，工作物质的增益特性和光腔的损耗特性是掌握激光原理的主要线索。耗特性是掌握激光原理的主要线索。激光器的基本思想：光波模式的选择（激光器的基本思想：光波模式的选择（F_PF_P腔）；光的受激腔）

7、；光的受激放大辐射（放大辐射（LASERLASER）17Chap01-激光的基本原理激光的基本原理光子简并度的概念？光子简并度的概念？光场与原子相互作用的三个过程？光场与原子相互作用的三个过程？实现光放大的条件？实现光放大的条件？激光器振荡的基本条件？激光器振荡的基本条件？光学谐振腔的主要作用？光学谐振腔的主要作用？激光的四性？激光的四性？激光原理部分激光原理部分增益与损耗的概念？增益与损耗的概念？激光器的基本组成结构？激光器的基本组成结构？18Chap02-开放式光腔与高斯光束开放式光腔与高斯光束激光原理部分激光原理部分开放式谐振腔的分类及判据？开放式谐振腔的分类及判据？横模和纵模的概念及纵

8、模间隔的表达式？横模和纵模的概念及纵模间隔的表达式？光学谐振腔的损耗及分类？光学谐振腔的损耗及分类？菲涅耳数的概念及与谐振腔损耗的关系？菲涅耳数的概念及与谐振腔损耗的关系？掌握掌握ABCD矩阵对谐振腔分析的方法及常用光学器件的矩阵对谐振腔分析的方法及常用光学器件的ABCD矩阵？矩阵？什么叫自再现模？什么叫自再现模？19方型共焦腔自再现模方型共焦腔自再现模-厄米厄米-高斯近似高斯近似基模高斯光束的数学表达式、各模式的强度花样及振幅分布图基模高斯光束的数学表达式、各模式的强度花样及振幅分布图共焦参数、束腰半径、模体积、发散角、等相位面共焦参数、束腰半径、模体积、发散角、等相位面数学表达式数学表达式

9、圆型共焦腔自再现模圆型共焦腔自再现模-拉盖尔拉盖尔-高斯近似高斯近似各模式的强度花样及振幅分布图各模式的强度花样及振幅分布图掌握等价共焦腔的概念及变换方法。掌握等价共焦腔的概念及变换方法。q(z)参数的定义及应用。参数的定义及应用。q参数与参数与ABCD矩阵的变换矩阵的变换20高斯光束的准直与聚焦特性。高斯光束的准直与聚焦特性。谐振腔内高斯光束的自再现特性及谐振腔稳定性判据。谐振腔内高斯光束的自再现特性及谐振腔稳定性判据。光束衍射倍率因子。光束衍射倍率因子。21Chap02-开放式光腔开放式光腔-非稳定腔非稳定腔1、非稳腔的几何放大率对对望望远远镜镜腔腔，可可以以求求出出：1111212222

10、21/1/22maaRRRgmaaRg M望望远远镜镜其其中中的的系系统统的的表表达达式式与与几几何何放放大大率率光光学学中中公公式式一一致致；1122aLRRa、非非稳稳腔腔的的几几何何放放大大率率只只与与腔腔长长 和和有有关关，而而与与反反射射镜镜的的 横横向向尺尺寸寸。无无关关、223非非稳稳腔腔的的单单端端输输出出、Chap02-开放式光腔开放式光腔-非稳定腔非稳定腔2、非非稳稳腔腔的的能能量量损损耗耗率率掌握虚共焦腔的基本计算！掌握虚共焦腔的基本计算！23Chap03-电磁场和物质的共振相互作用电磁场和物质的共振相互作用均匀加宽和非均匀加宽区别及线性函数。均匀加宽和非均匀加宽区别及线

11、性函数。三能级结构三能级结构四能级结构能级示意图四能级结构能级示意图+速率方程。速率方程。均匀加宽增益饱和现象与非均匀加宽增益饱和现象的区别。均匀加宽增益饱和现象与非均匀加宽增益饱和现象的区别。激光器振荡的阈值条件？激光器振荡的阈值条件？模式竞争、兰姆凹陷等概念？模式竞争、兰姆凹陷等概念？24Chap03-电磁场和物质的共振相互作用电磁场和物质的共振相互作用自发辐射寿命？自发辐射寿命？光子的寿命？光子的寿命？21A=1 1/020titx tx ee 1rad 原子经典简谐振子的数学模型2N 25激光调制的基础激光调制的基础激光调制的技术激光调制的技术调制的基本概念：调制的基本概念：掌握调制的

12、种类及起优缺点比较。掌握调制的种类及起优缺点比较。电光调制：电光调制：-电光效应电光效应声光调制：声光调制：-声光效应声光效应纵向电光效应纵向电光效应横向电光效应横向电光效应拉曼拉曼-奈斯衍射奈斯衍射布拉格衍射布拉格衍射调调Q技术：起因、原理、方法技术：起因、原理、方法电光调电光调Q技术：技术：PTM，PRMC声光调声光调Q技术：工作原理技术：工作原理被动调被动调Q技术：工作原理技术：工作原理比较比较26锁模技术：起因、原理、方法锁模技术：起因、原理、方法主要理解主要理解P135页，锁模脉冲宽度、时间间隔、输出峰值功率等于谱线宽度、页，锁模脉冲宽度、时间间隔、输出峰值功率等于谱线宽度、纵模间隔

13、之间的关系与数学表达式。纵模间隔之间的关系与数学表达式。非线性光学技术：非线性光学技术：倍频技术的基本概念及实现方式倍频技术的基本概念及实现方式波耦合方程、相位匹配条件，倍频的转换效率、相位匹配的种类波耦合方程、相位匹配条件，倍频的转换效率、相位匹配的种类272222221111xyzxnnyzn未加电场时在主轴坐标未加电场时在主轴坐标系中的折射率椭球：系中的折射率椭球：v电光效应电光效应xyzEEEE 为为外外电电场场2222221232224561111112221xyznnnyzzxxynnn 21221112132122232331323341424325152534616263252

14、6111=111xyznnEnEEnnn 28则则主主轴轴坐坐标标系系下下的的椭椭球球方方程程变变为为 123456222222 2122111jjjjjjjjjxjyzjjxyzEEEEEEyzzxxynnnv电光效应电光效应22132213335151220000000000ijLN 131333512222225121zzzyyxyxEEEEEEnEE LN LN 电光系数矩阵：电光系数矩阵：29v电光效应电光效应 /0,0 xyzVzEEzE 轴轴，一一、沿沿方方向向加加电电压压轴轴变变形形后后的的折折射射率率椭椭球球方方程程为为：222133322111zzoeExyEznn /0,

15、0yzxVxEExE 轴轴，二二、沿沿方方向向加加电电压压轴轴变变形形后后的的折折射射率率椭椭球球方方程程为为：2225122222221xxooexzxyzEE xynnn22512222xeoeoE n ntgnn 0 45o 无无交交叉叉项项，主主轴轴方方向向不不变变30 /0,0zxyVyEEyE 轴轴，三三、沿沿方方向向加加电电压压轴轴变变形形后后的的折折射射率率椭椭球球方方程程为为：2222222512221121yyyooezExEyEnnnyz22512222xeoeoE n ntgnn 0 主主轴轴近近似似没没有有转转动动222222222211()()1yyooezxEyE

16、nnn 3223221212xooyyooynnnEnnnE v电光效应电光效应31v电光效应电光效应415263000000000 000000ijKDP KDP晶晶体体的的电电光光系系数数矩矩阵阵为为：4152222223262221xoezoyEExyzyzzxnnE xyn32222636363222111sin2sin212cos2zzooezExEyznExnny 要要消消除除交交叉叉项项，则则必必须须有有cos20 45o 主主轴轴于于是是化化，新新的的“”方方程程为为22226326321111zezooxyznnEnE 2222221xyzxyznnn可可以以写写成成：45o

17、相相对对于于原原主主轴轴旋旋转转逆逆时时针针KDP单单轴轴晶晶晶晶体体由由变变成成体体双双轴轴晶晶体体v电光效应电光效应33RamanNath 一一、衍衍射射产产生生条条件件低低频频超超声声波波光光波波正正入入射射声声光光互互作作用用长长度度L L较较短短声声光光介介质质可可视视为为静静止止的的平平面面相相位位光光栅栅声声光光弱弱相相互互作作用用v声光效应声光效应Bragg一一、衍衍射射产产生生条条件件高高频频超超声声波波Bragg，入入射射角角为为光光波波以以一一定定角角度度入入射射角角L声声光光互互作作用用长长度度 长长34v声光效应声光效应RamanNath 衍衍射射多多级级衍衍射射光光

18、对对称称分分布布siniSm 衍衍射射角角01 级级。衍衍射射光光只只有有 级级，+或或1 1级级00sin222sBssSkfnnVk 2smmJ 2sin2s mism 1dis 级级Bragg衍衍射射35v调调Q Q技术技术Q二二、值值的的定定义义0Q 谐谐振振腔腔内内存存储储的的能能量量单单位位时时间间内内损损耗耗的的能能量量c 为为腔腔内内光光子子寿寿命命；01c 00/2LLL cL c 为为腔腔内内光光子子单单位位时时间间内内的的损损耗耗率率；LL，为为腔腔内内单单程程损损耗耗为为腔腔长长为为折折射射率率0c三三、调调Q Q原原理理36四四、调调Q Q脉脉冲冲的的特特性性itnD

19、n 1 1、超超阈阈度度：mmPDEt 二二、峰峰值值光光子子数数密密度度 214tmnD 三三、峰峰值值功功率率ln2tmittcinhPnnnn 37v调调Q Q激光器激光器电光调电光调Q Q方法方法PRMQ一一、式式电电光光调调38PTMQ三三、式式电电光光调调v调调Q Q激光器激光器39v调调Q Q激光器激光器QPTM式式调调的的优优点点QPRM效效率率比比式式调调高高Q调调脉脉冲冲宽宽度度较较窄窄40v锁模技术锁模技术一一、锁锁模模条条件件1 213N、13gq 2/2gcL gcL 12 .qqqdttconstdt 、即即各各纵纵模模间间隔隔严严格格相相等等以以及及各各纵纵模模之

20、之间间相相位位差差恒恒定定 一一般般为为0 01.0qmqqqconstconst 41二二、等等振振幅幅近近似似下下锁锁模模脉脉冲冲特特性性v锁模技术锁模技术1 峰峰值值（最最大大值值）max002/lim()lim()(21)qttAA tA tNE2 周周期期性性212qqLTc 等等于于腔腔内内只只有有一一个个脉脉冲冲，往往返返一一次次输输出出一一个个脉脉冲冲。3：脉脉冲冲宽宽度度221NN 两两个个极极大大值值之之间间存存在在个个零零点点和和个个次次极极大大值值。极极大大值值和和第第一一个个零零点点之之间间的的时时间间间间隔隔 max0AA 即即 21sin02qN 211(21)(

21、21)qqgNN 424mP 峰峰值值功功率率 0222max2121mPAtNENP5 相相干干叠叠加加1 1个个锁锁模模脉脉冲冲由由所所有有同同相相位位、相相干干叠叠加加的的纵纵模模一一起起贡贡献献v锁模技术锁模技术43声光驻波场振幅调制主动锁模声光驻波场振幅调制主动锁模 000cos2 msE tEftfT t 调调制制频频率率为为则则被被调调制制的的光光电电场场为为，：44v倍频技术倍频技术 222222max220280 sincsinc022SHGeffILkLkLL dIIn nc 0k 是是保保证证获获得得高高效效率率倍倍频频的的关关键键因因素素，称称为为相相位位匹匹配配条条件件。22 oennooeIoeeII 负负单单轴轴晶晶体体：类类类类 22 eonneeoIeooII 正正单单轴轴晶晶体体：类类类类一一、光光孔孔效效应应45 激光原理与技术大结局激光原理与技术大结局 唐霞辉唐霞辉 大垳卓越出英豪，大垳卓越出英豪，三光基础要打牢。三光基础要打牢。激光原理重理论，激光原理重理论，技术更需器件高。技术更需器件高。46