1、激光的基本原理、特性激光的基本原理、特性 激光器的基本結(jié)構(gòu)激光器的基本結(jié)構(gòu)激勵能源激活介質(zhì)光學(xué)諧振腔光學(xué)諧振腔使入射光得到放大，是核心供給工作物質(zhì)能量只讓與反射鏡軸向平行的光束能在激活介質(zhì)中來回地反射，連鎖式地放大。最后形成穩(wěn)定的激光輸出。光抽運激光束激光的基本原理、特性激光的基本原理、特性 激活介質(zhì)的粒子數(shù)反轉(zhuǎn)激活介質(zhì)的粒子數(shù)反轉(zhuǎn)無輻射躍遷無輻射躍遷抽運抽運抽運抽運激勵激勵E3E0E2E3A21E1E2E1A21B12B12B21B21三能級圖四能級圖亞穩(wěn)態(tài)基態(tài)激發(fā)態(tài)三能級系統(tǒng)原理三能級系統(tǒng)原理 E E1 1為基態(tài)，為基態(tài)，E E2 2、E E3 3 為激發(fā)態(tài)，中間能級為激發(fā)態(tài)，中間能級E

2、E2 2為為亞穩(wěn)態(tài)。在泵浦作用下，基態(tài)亞穩(wěn)態(tài)。在泵浦作用下，基態(tài)E E1 1的粒子被抽運的粒子被抽運到激發(fā)態(tài)到激發(fā)態(tài)E E3 3上，上，E E1 1上的粒子數(shù)上的粒子數(shù)N N1 1隨之減少。但由隨之減少。但由于于E E3 3能級的壽命很短，粒子通過碰撞很快地以能級的壽命很短，粒子通過碰撞很快地以無輻射躍遷無輻射躍遷的方式轉(zhuǎn)移到亞穩(wěn)態(tài)的方式轉(zhuǎn)移到亞穩(wěn)態(tài)E E2 2上。由于上。由于E E2 2態(tài)態(tài)壽命長，其上就累積了大量的粒子，即壽命長，其上就累積了大量的粒子，即N N2 2大于大于N N1 1，于是于是實現(xiàn)了亞穩(wěn)態(tài)實現(xiàn)了亞穩(wěn)態(tài)E E2 2與基態(tài)與基態(tài)E E1 1間的粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分間的粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布

3、。布。四能級系統(tǒng)原理四能級系統(tǒng)原理 三能級激光器的效率不高，原因是抽運前幾乎三能級激光器的效率不高，原因是抽運前幾乎全部粒子都處于基態(tài)，只有激勵源很強而且抽運全部粒子都處于基態(tài)，只有激勵源很強而且抽運很快，才可使很快，才可使N N2 2 N N1 1 ，實現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)。，實現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)。 四能級系統(tǒng)是使系統(tǒng)在兩個激發(fā)態(tài)四能級系統(tǒng)是使系統(tǒng)在兩個激發(fā)態(tài)E E2 2、E E1 1之間實現(xiàn)粒之間實現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)。因為這時低能級子數(shù)反轉(zhuǎn)。因為這時低能級E E1 1 不是基態(tài)而是激發(fā)態(tài)，其上不是基態(tài)而是激發(fā)態(tài)，其上的粒子數(shù)本來就極少，所以只要亞穩(wěn)態(tài)的粒子數(shù)本來就極少，所以只要亞穩(wěn)態(tài)E E2 2上的粒子數(shù)稍有

4、上的粒子數(shù)稍有積累，就容易達到積累，就容易達到N N2 2 大于大于N N1 1，實現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布，在能，實現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布，在能級級E E2 2 、E E1 1 之間產(chǎn)生激光。于是，之間產(chǎn)生激光。于是，E E3 3 上的粒子數(shù)向上的粒子數(shù)向E E2 2 躍遷躍遷， E E1 1上的粒子數(shù)向上的粒子數(shù)向E E0 0 過渡，整個過程容易形成連續(xù)反轉(zhuǎn)，過渡，整個過程容易形成連續(xù)反轉(zhuǎn)，因因而四能級系統(tǒng)比三能級系統(tǒng)的效率高而四能級系統(tǒng)比三能級系統(tǒng)的效率高。 激光的基本原理、特性激光的基本原理、特性 激光器的組成 激光的基本原理、特性激光的基本原理、特性 激光器的組成泵浦源從直接實現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)的方式分

5、類，主要有以下泵浦方式：u 光激勵方式u 氣體輝光放電或高頻放電方式u 直接電子注入式u 化學(xué)反應(yīng)方式 除了上述四種泵浦方式外，熱激勵，沖擊波，電子束，核能等都可能用來實現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)。究竟采用哪種泵浦方式，因工作物質(zhì)的能級系統(tǒng)結(jié)構(gòu)而定。 激光的基本原理、特性激光的基本原理、特性 激光器的組成光學(xué)諧振腔作用： u 提供軸向光波模的正反饋 通過諧振腔鏡面的反射，軸向光波模可在腔內(nèi)往返傳播，多次通過激活介質(zhì)而得到受激輻射放大，從而在腔內(nèi)建立和維持穩(wěn)定的自激振蕩。 激光的基本原理、特性激光的基本原理、特性 激光器的組成腔模：在激光技術(shù)的術(shù)語中，通常將激光諧振 腔內(nèi)可能存在的電磁場本征態(tài)稱為腔的模式。

6、電磁場的每一個本征態(tài)都具有一定的頻率得和分布空間。 從光子的角度看，激光模式，就是腔內(nèi)可區(qū)分的光子的狀態(tài)，同一模式的內(nèi)的光子具有相同的狀態(tài)，且具有相同的基本特征，主要包括：u 電磁場分布u 諧振頻率u 在腔內(nèi)往返一次所經(jīng)受的功率損耗u 相對應(yīng)的激光束的發(fā)散角u 控制振蕩模式的特性（選擇光波的頻率和方向） 由于光束在腔內(nèi)多次的來回反射，只有極少頻率的光滿足干涉相長的條件，光強得到加強，頻率得到篩選，特別在諧振腔軸線方向，可以形成光強最強，模數(shù)最少的激光振蕩，而和軸向有較大夾角的光束，則由側(cè)面逸出，不能形成激光振蕩。 激光的基本原理、特性激光的基本原理、特性 激光器的組成 激光的基本原理、特性激光的基本原理、特性 激光器的組成11 光在諧振腔內(nèi)來回反射，相干疊加，只有形成駐波的光才能振蕩 一、縱模（振蕩頻率）全反射鏡部分 反射鏡120kk1kN 個縱模kN振蕩縱模振蕩縱模縱模間隔縱模間隔輻射線寬內(nèi)的縱模個數(shù)輻射線寬內(nèi)的縱模個數(shù) 13討論 （1