激光的产生机理 >粒子数反转 在热平衡情况下，任意两个高低能级上的粒子数分布 服从玻尔兹曼统计规律，即： -(E2-E1) n2 e KT .'E1<E2.n1>n2 由于受激辐射与n2成正比，受激吸收与n成正比 ∴.受激辐射<<受激吸收， 不可能实现光放大 要实现光放大，必须采取特殊措施，打破原子数在 热平衡下的玻耳兹曼分布，使n2>n1。体系的这种 状态称为粒子数反转。 21
21 激光的产生机理 粒子数反转 在热平衡情况下，任意两个高低能级上的粒子数分布 服从玻尔兹曼统计规律，即： ∵ E1<E2 ∴ n1>n2 由于受激辐射与n2成正比，受激吸收与n1成正比 ∴ 受激辐射<<受激吸收，不可能实现光放大． 要实现光放大，必须采取特殊措施，打破原子数在 热平衡下的玻耳兹曼分布，使n2＞n1。体系的这种 状态称为粒子数反转。 2 1 2 1 ( ) E E n KT n e − − =
激光的产生机理 >产生激光的首要条件是：实现粒子数反转 >能够实现粒子数反转的介质称为：激活介质 要造成粒子数反转分布： 要求介质有适当的能级结构 ◆CO2、Nd:YAG、He-Ne均属四能级结构 ◆红宝石属典型的三能级结构 ■有必要的能量输入系统，即泵浦源：光、热、电、化学或核能等 >激光器的基本组成： ·工作物质 Laser active medium Laser beam ■ 泵浦源 ■光学谐振腔 Resonator optics Resonator optics Excitation source 22
22 激光的产生机理 产生激光的首要条件是：实现粒子数反转 能够实现粒子数反转的介质称为：激活介质 要造成粒子数反转分布： 要求介质有适当的能级结构 CO2、Nd:YAG、He－Ne均属四能级结构 红宝石属典型的三能级结构 有必要的能量输入系统，即泵浦源：光、热、电、化学或核能等 激光器的基本组成： 工作物质 泵浦源 光学谐振腔
激光的产生机理 >光学谐振腔 全反射镜 部分反射镜 Laser M 光学谐振腔的作用 M2 23
23 激光的产生机理 光学谐振腔 光学谐振腔的作用 全 反 射 镜 部 分 反 射 镜 M1 M2 Laser
激光的产生机理 >光学谐振腔的作用 ■在外界激励下，谐振腔内的激活介质产生受激辐射。 受激辐射沿轴向传播的光在两个反射镜之间来回反射、 往复通过已实现了粒子数反转的激活介质，不断引起 新的受激辐射，使轴向行进的该频率的光得到放大， 该过程称为光振荡 ■这是一种雪崩式的放大过程，使谐振腔内沿轴向的光 骤然增强，能量密度大大增强，远远超过自发辐射。 ■这种受激的辐射光从部分反射镜输出，即是激光。 沿其他方向传播的光很快从侧面逸出谐振腔，不能被 继续放大；而自发辐射产生的频率也得不到放大。 因此从谐振腔输出的激光具有很好的方向性和单色性。 24
24 激光的产生机理 光学谐振腔的作用 在外界激励下，谐振腔内的激活介质产生受激辐射。 受激辐射沿轴向传播的光在两个反射镜之间来回反射、 往复通过已实现了粒子数反转的激活介质，不断引起 新的受激辐射，使轴向行进的该频率的光得到放大， 该过程称为光振荡。 这是一种雪崩式的放大过程，使谐振腔内沿轴向的光 骤然增强，能量密度大大增强，远远超过自发辐射。 这种受激的辐射光从部分反射镜输出，即是激光。 沿其他方向传播的光很快从侧面逸出谐振腔，不能被 继续放大；而自发辐射产生的频率也得不到放大。 因此从谐振腔输出的激光具有很好的方向性和单色性
激光的产生机理 >光学谐振腔的主要形式： 按不同的方法分类可分为球面腔和非球面腔，两镜腔和 多镜腔，高损耗腔和低损耗腔，端面反馈腔和分布反馈 腔，折叠腔和环形腔等等，但各种复杂腔都可以化为等 效的两镜腔。常用的激光两镜腔的主要形式有： 【】 a)平行平面腔 b)双凹腔 a)平凹腔 25
25 激光的产生机理 光学谐振腔的主要形式： 按不同的方法分类可分为球面腔和非球面腔，两镜腔和 多镜腔，高损耗腔和低损耗腔，端面反馈腔和分布反馈 腔，折叠腔和环形腔等等，但各种复杂腔都可以化为等 效的两镜腔。常用的激光两镜腔的主要形式有： a) 平行平面腔 b) 双凹腔 a) 平凹腔