文档介绍：激光原理课程简介?总学时: 54 ?学分: ?先修课程:光学、量子力学?教材:《激光原理》第6版,周炳琨、高以智、陈倜嵘等主编,国防工业出版社, 2009 年1月?参考教材:《激光原理》,王青圃等编著,山东大学出版社, 2003 年;其它参考资料课程名称:激光原理 Laser Principle 学****本课程的意义 A question for you 课程特点: 理论性较强的课程主要阐述激光器的基本原理和理论重点要掌握激光器的基本原理、光谐振腔理论、激光振荡理论教学内容与教学目标:内容: 教材的第1、2、4、5章教学目标:学生在完成本课程学****后,应能够: 、激光特性,了解一些典型的激光器; ;掌握共轴球面腔的稳定性条件;掌握对称共焦腔的基本特性,能利用等价共焦腔的概念分析一般稳定球面腔的模式特征;掌握高斯光束的基本性质与传输规律,会分析高斯光束的聚焦和准直;掌握非稳腔的构成;了解光谐振腔模式的波动理论; 了解光束衍射倍率因子; ,掌握速率方程理论的分析方法, 掌握均匀加宽和非均匀加宽工作物质的增益系数的特性;了解激光器的其它理论;了解光和物质相互作用的经典理论; (阈值概念、激光器起振和维持稳定工作条件、模式特性和输出功率);了解弛豫振荡、线宽极限和频率牵引概念。学****方法与要求: 要掌握基本物理过程和主要理论分析方法不是死记硬背几个公式和结论、照搬书本或寻求统一的标准答案教学手段 :课堂讲授、 PPT 幻灯片课件、课堂提问、课堂小测验、课后作业及讲评。 :参观学院实验室 : 202 考试与成绩评定方式学期总成绩包括平时成绩和期末考试成绩两部分组成。平时成绩包括平时记录的出勤情况、课堂提问以及课后作业等占 30%,期末成绩占 70%。第一章激光的基本原理§ 相干性的光子描述光具有波粒二象性。对光的描述存在两种形式:波动描述与粒子描述。光子的基本性质: 光是以光速 c运动的光子流。光子具有: ??????h?能量ε: ?自旋,其自旋量子数为整数。大量光子的集合,服从玻色—爱因斯坦统计规律,处于同一状态的光子数目是没有限制。?动量 p: kn hnc hn mc p ??????????? 00022?????两种可能的独立偏振状态?运动质量 m: 2c m ??光子的静止质量为零。 1923 年康普顿(Arthur Compton) 散射实验证实上述基本关系式成立光是什么? 光量子态:不同种类的光子是以其能量、动量和偏振等特征加以区分的。而由这些不同特征所决定的光子状态叫做光量子态。而且处于同一状态内的光子,按照微观粒子的今同性原理,彼此之间是不能区分。在经典力学中,质点运动状态完全由其坐标( x、y、z)和动量( p x、p y、 p z)确定。用广义笛卡儿坐标 x、y、z、p x、p y、p z所支撑的六维空间来描述质点的运动状态。这种六维空间称为相空间,相空间内的一点表示质点的一个运动状态。 xp (x,p) 光子的运动状态和经典宏观质点有着本质的区别,它受量子力学测不准关系的制约。测不准关系表明:微观粒子的坐标和动量不能同时准确测定,位置测得越准确,动量就越测不准。对于一维运动情况,测不准关系为,意味着处于二维相空间面积元之内的粒子运动状态在物理上是不可区分的,它们应属于同一种状态。 hpx x??? hpx x???在三维运动情况下,测不准关系???????????? z y xpz py px 在六维相空间中,一个光子态对应(或占有)的相空间体积元为 3hpppzyx zyx???????点→体积元相格:相格是相空间中用任何实验所能分辨的最小尺度。光子的某一运动状态只能定域在一个相格中,但不能确定它在相格内部的对应位置。或者说,光子的状态并不对应于相空间的点,而是对应于相空间中体积为h 3的相格。 V hp 3??在以动量 p x、p y、p z组成的动量空间,光子的一种运动状态占据的体积元δp zyxpppp?????而zyx hppp zyx??????? 3 记为光子运动的体积元 zyxV????一个相格的坐标空间的体积 zyxppp hzyx??????? 3