光源相干性.pptx

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本章概述激光器的基本工作原理,包括光的相干性、光的自发辐射、受激辐射与受激吸收的概念,激光器的结构、工作原理以及激光的特性等。另外,为了便于第二章~第四章的学****本章最后一节简单介绍了有关光学谐振腔的知识,包括谐振腔模式的概念、谐振腔的损耗、无源腔本征模式线宽以及菲涅耳数等内容。
1-1 光源相干性
普通光源
普通光源是光的自发辐射。
特点:多波长、任意方向、不相干。
普通光源向四面八方辐射,光线分散到4p球面度的立体角内.
激光器区别于普通光源的最重要的一条是它的良好的相干性,为了理解激光的这一本质特性,我们先来讨论有关一般光源的相干性的概念。光源相干性分时间相干性与空间相干性。
一、时间相干性(单***与时间相关性)
光源的时间相干性:描述的是某一个空间点在不同的时刻光波场之间的相干性。
用tc定量描述:定义为光传播方向上某点处,可以使得两个不同时刻的光波场之间有相干性最大时间间隔。这个时间间隔实际上就是光源所发出的有限长波列的持续时间。
Lc
S1
S2
P
r1
r2
r1-r2
图示:光程差和相干长度
可以将光传播方向上任一点的光场振动随时间变化的规律写为:
ν0——光振动的频率
上式进行付里叶变换,然后再求它的模平方,便可以得到此光源的光强随频率变化的函数关系即光源频谱为
光源的光强随频率变化的函数关系即光源频谱为光源频谱为:
(1-1-2)
忽略常数比例因子后,可以算出
(1-1-3)
式中sincx称为辛格函数,定义为sincx=sinx/x
依据(1-1-3)可画出的频谱曲线
频谱线宽:定义光强下降到最大值一半的两个频率间隔为光源的频谱线宽Δν,由sinc函数的定义,不难求出:
(1-1-4)
该式说明,光源的时间相干性实际上描述了光源的单***能。单***能越好,既频谱线宽越窄,光源的时间相干性就越好,相干时间越长。
(1-1-4)
二、空间相干性
光源的空间相干性:描述的是某一时刻不同空间点处的光波场之间的相干性。按所研究的空间点的位置不同,又有纵向空间相干性与横向空间相干性之分。
(一)纵向空间相干性
用相干长度Lc来描述:它定义为可以使光传播方向上两个不同点处的光波具有相干性的最大空间间隔。这个空间间隔实际上就是光源所发出的光波波列长度,显然它与相干时间tc有如下关系:
(1-1-5)
c——光速
将(1-1-4)式谱线宽度
代入
(1-1-4)
(1-1-5)
得到:
(1-1-6)
说明:光源的相干时间tc与相干长度Lc的实质是一样的,它们都反映了光源的单***能的好坏。