1、一、激光的产生 60年代以来，人们一直在寻找一种强的相干光源。50年代人们发现了maser原理：即Microwave Amplification for Stimulated Emisszon of Radiation（即受激辐射微波放大器）。1958年，物理学家A.L.Schawlow 和C.H.Townes 首次提出可以将maser原理从微波段延伸到光谱段，并给出了理论证明，几乎同时A.M.Prokhorov也提出研制光波波段的maser建议。1960年，T.H.Mamain 成功的研制了世界第一台光波maser即Light Amplification for Stimulated Emi
2、ssion of Radiation（即受激幅射光波发大器，缩写成Laser），即红宝石激光器。1964年，钱学森建议将用于光波段的maser 命为“激光”。二、激光器的组成 激光器主要内以下三部分组成：外激发源工作物质（增益介质）谐振腔种类作用种类作用种类作用输出Laser电源如CO2 He-Ne激光器光 源:如红宝石YAG激光器(氙灯,氪灯)提供泵浦能量气体、固体、液体、半导体、等离子体、化学物质通过受激辐射产生确定模式的光子（波长、位相相同）两平行反射面组成：光学谐振腔通过选膜：产用同方向，同频率，同位相的激光 输出的激光的特性是：具有很高的光子间并度；即具有相同模式（或波型、位相、波长
3、）的光子数目。其表现为光束具有很好的单色性，方向性，相干性和高亮度。激光可通过调Q技术使之压缩成超短脉冲，脉宽可达飞秒量级（fs）4.610-15 sec。光子简并度：处于同一光子态的光子数称光子的简并度。具有以下相同的含义：固态光子数，或同一模式内的光子数，或处于相干体积内的光子数，或处于同一相格内的光子数。时间单位换算：1ms（毫秒）=10-3 s1s（微秒）=10-6s1ns（毫微秒）=10-9 s1ps（微微秒）=10-12s1fs（毫微微秒）=10-15 s例：（1）对于脉冲能量为5mJ，脉宽为5nS的激光脉冲，其瞬时 功率可达：（2）对脉冲能量为5mJ，脉宽为5fs的激光脉冲 若通
4、过短焦距透镜聚焦的其焦斑直径为0.001mm（1）则其瞬时功率可达：瞬时功率密度：兆瓦1)(101105105693WSJP（兆兆瓦）WsJ121531011051052202212/)(1027.1)(40001.0101cmWcmW三、激光的光束特性 （一）单色性 用谱线宽和其波长的比值来量度：谱线宽度：当光强下降到中心光强的1/2时的的宽度为谱线宽度。即一般光源（最好的为86kr 氪灯）一台稳频He-Ne激光器：单色性高出45个数量级。07301076.76057107.4AA1180106328103.6AA图1-1 （二）方向性 用光束发散角来描述光束的方向性（2）亦可用立体角=2来
5、描述：1普通光源的方向性很差，光能量向4球面度辐射，方向性差。2单模He-Ne激光，发散角为10-310-4 rad 仅是普通光源的：)1010(41)1010(25.04)1010(8686243 即 （毛细管粗细确定d）气体激光器（介质增益好，均匀，腔长大）单模发散角，可达衍射极限10-310-6。固体激光器（介质均匀性差，腔长短，激励不均匀），一般达10-2 rad量级。半导体激光器方向性最差，一般为（510）10-2 rad，且两个方向发散角不一样。3106328.0/23mmdmradrad2.01024 （三）相干性 1空间相干性：研究在垂直于光波传播方向上的两个点，如果在任一时间
6、（同一时刻），这两点上的光波场有固定的位相关系，则从这两点“取样”的光波将产生干涉。否则是不相干的。因为这种相干性是在同一时刻的两个不同空间点的条件下产生的，故称其为空间相干性。如双缝干涉：同一时间不同空间位置的光波位相差（P）是否恒定图1-2 由于激光有极好的方向性（发散角小）可看成so的宽度b接连零，所以空间相干性能好：即 单缝愈大，干涉条缝愈模糊，b大到一定程度时，条缝消失（与最大光源宽度有关）。即：2时间相干性：时间相干性：在辐射场的某一固定点上，考察光源在两个不同时刻发出的光波在该点的干涉问题。b0。，或000/RDbDRb图1-3 如迈克尔逊干涉仪 同一空间点，不同时刻达的光波位相是否恒定M2是M2的镜象，移动M1，h愈大，则条纹清晰度愈差，当h大到一定值时，则条纹消失。此即相干长度。例例：1对氪灯86kr，在低温时0=6057A，相干时间约为 c=2.510-9S 则相干长度为：LC=2.510-9S31010cm/S=7.51075 cm 2对6328 AHe-Ne激光，相干时间C=1.310-4S 相干长度LC=1.310-4S31010cm/S=3.9106 cm40km 四、高亮度：（Bb）P 辐射功率，S 幅射面积，立体角，辐射线宽（对可见光）因为激光：方向性好，则S小，小 相干性好，则小所以，P一定时，Bb大vSPBb
