文档介绍：激光原理光电信息科学系南开大学物理科学学院二○○六年三月I 目录第一章光辐射理论基础…………………………………………………………1-1 1-1 电磁场(光波)的模…………………………………………………………1-1 1-2 光量子态……………………………………………………………………1-3 1-3 光子简并度…………………………………………………………………1-7 1-4 光子发射和吸收……………………………………………………………1-8 1-5 激发态平均寿命…………………………………………………………1-12 1-6 光谱宽度…………………………………………………………………1-14 1-7 光通过介质时的吸收与增益……………………………………………1-25 第二章激光器一般工作原理………………………………………………………2-1 2-1 激光器组成和激光产生……………………………………………………2-1 2-2 粒子反转分布的激励条件…………………………………………………2-4 2-3 激光器振荡条件…………………………………………………………2-9 2-4 几种激光器工作原理……………………………………………………2-14 第三章光学谐振腔……………………………………………………………3-1 3-1 引言……………………………………………………………………3-1 3-2 谐振腔——多光束进干涉仪……………………………………………3-1 3-3 腔稳定性…………………………………………………………………3-4 3-4 谐振腔损耗及有关参数…………………………………………………3-17 3-5 光学谐振腔的基本衍射理论……………………………………………3-24 3-6 平行平面腔的模特性……………………………………………………3-29 3-7 共焦腔的模特性…………………………………………………………3-33 3-8 传播圆……………………………………………………………………3-44 3-9 一般球面镜谐振腔的模特性……………………………………………3-46 3-10 谐振腔的模体积……………………………………………………3-57 3-11 谐振腔的模选择……………………………………………………3-59 第四章高斯束光学………………………………………………………………4-1 4-1 高斯光束的特性和描写方法…………………………………………4-1 目录II 4-2 高斯光束通过光学系统的基本变换关系………………………………4-10 4-3 高斯光束的聚焦、准直和扩束…………………………………………4-17 4-4 谐振腔的模匹配…………………………………………………………4-23 第五章激活介质特性……………………………………………………………5-1 5-1 光放大和增益饱和………………………………………………………5-1 5-2 激光器的振荡频率特性………………………………………………5-11 5-3 激光器的振荡阈值和输出功率特性…………………………………5-27 5-4 激光活介质的增益、损耗和输出功率的测量方法…………………5-36 第六章激光的稳频、调Q、锁模、放大技术基础……………………………………6-1 6-1 激光稳频原理………………………………………………………………6-1 6-2 激光调Q原理……………………………………………………………6-15 6-3 激光锁模原理…………………………………………………………6-21 6-4 激光放大原理…………………………………………………………6-26 1-1 第一章光辐射理论基础光在本质上表现出双重特性,一方面,它在传播特性方面表现出波动性。如反射、干涉、衍射、偏振、双折射等现象;另一方面,它在与物质相互作用时又表现出粒子性。如黑体辐射、光电效应中表现出的粒子所具有的动量和能量性质。这即为人们现在所熟知的光的波粒二象性。量子电动力学从理论上对光的二象性给出了统一的正确解释。在这个理论中,光波看作是由量子化的微粒——光子——组成的电磁场。并且电磁场可视为一系列单色平面波的线性迭加,或一系列独立的基本状态的线性迭加。每一个基本状态称为场的一个本征态或本征模式(或波型)。这一点与光的经典电磁理论的描述形式是相同的,但基本的不同点是,在电磁场的量子理论中,场的每一个本征态的能量和动量都是量子化的,即可表示为基元能量lhν和基元动量lkh的整倍数。而场的总能量和总动量可分别表示为各个本征态的能量和动量之和。这种具有基元能量lhν和基元动量lkh的物质单元被称库处于第l个本征态内的光子,具有相同能量和动量(严格说还应具有相同的偏振状态)的光子彼此不可区分,因而处于同一状态,每