华科光电激光原理与技术复习大纲2017年

激光原理与技术复习提纲2016-6-14最新版本第一章•自发辐射、受激辐射、受激吸收的物理概念；•二能级系统粒子数密度变化的速率方程（相关公式）；•三种光场与物质相互作用过程的爱因斯坦系数之间的相互关系（相关公式）；•产生激光的必要条件；•自激振荡产生的过程；•增益系数的定义（相关公式）；第二章•基本光学元件的光线传输矩阵；(表2.1前六种)•复杂光学系统光线传输矩阵的计算方法；•双周期透镜波导的光线稳定条件；（相关公式）•基模高斯光束的基本表达式；（37页相关公式）•基模高斯光束的性质，光斑半径变化规律、远场发散角、等相位面曲率半径变化规律、瑞利长度、横向平面上能量分布规律等；（相关公式）第二章•高阶高斯光束横向平面上的光强分布；•高斯光束的传输变换、ABCD法则；（q参数、ABCD法则相关公式）•高斯光束的聚焦、准直、匹配和自再现变换；（相关公式会推导或记忆）第三章•光学谐振腔的稳定性条件；（相关公式）•稳区图；•光学谐振腔的分类；•光学谐振腔中的纵模与横模；•光学谐振腔的纵模间隔与纵模存在条件；（相关公式）第三章•光学谐振腔中自再现模式的衍射积分分析方法；•平平腔的Fox-Li迭代法；•平平腔自再现模式的特点；第三章•方形镜对称共焦腔的自再现模式，其基横模的基本公式、镜面上的光斑半径、等相位面等特性；（相关公式）•方形镜共焦腔自再现模式的厄米高斯分布特征；•圆形镜共焦腔自再现模式的拉盖尔高斯分布特征；第三章•一般稳定球面腔与对称共焦腔的等价性；•求解一般稳定球面腔对应的对称共焦腔；（相关公式会推导或记忆）•非稳腔的轴上共轭像点、几何自再现波形；•共焦非稳腔的特点、设计方法；•非稳腔的几何放大率和能量损耗率；（相关公式）第四章•自然加宽、碰撞加宽的产生机理以及均匀加宽的特性；•均匀加宽的线型函数；（相关公式）•多普勒加宽的产生机理以及非均匀加宽特性；•三能级、四能级系统速率方程；（相关公式）第五章•增益饱和的物理概念以及其在稳定的激光输出中所起到的作用；•阈值条件、小信号增益系数及小信号粒子反转数的物理概念；小信号粒子反转数的表达式；（相关公式）•增益系数的表达式；（相关公式）第五章•均匀加宽工作物质中的粒子反转数饱和及增益饱和的特点，增益饱和的表达式（相关公式）；•非均匀加宽工作物质中的粒子反转数饱和及增益饱和的特点；•均匀加宽、非均匀加宽工作物质中的模式竞争；第五章•连续激光器输出功率；•最佳透过率；（相关公式会推导）•空间烧孔；•兰姆凹陷；激光技术•电光效应的基本原理；•KDP晶体横向应用、纵向应用的系统构成方法，半波电压（相关公式）；•电光调制器的基本原理和使用方法；•声光效应的基本原理；•声光调制器的基本原理和使用方法；•声光相互作用长度、布拉格衍射判据、布拉格衍射效率、布拉格衍射角；（相关公式）激光技术•调Q的基本原理；•PTM方式调Q脉冲脉冲能量、脉冲宽度的计算；（相关公式）•PRM方式和PTM方式电光调Q激光器的构成及调Q工作过程；•超阈度的定义及其对调Q输出脉冲的特性的影响；（相关公式）激光技术•锁模的基本原理；•声光驻波场锁模工作原理，脉冲宽度、纵模个数、峰值功率、声场驱动频率，以及上述参量之间的相互影响关系；（相关公式）；•调Q脉冲和锁模脉冲的特性及其区别；激光原理与技术总结分析182光电光实130126激光原理与技术1936月29日AM东九A404唐霞辉易飞182光电光卓130129激光原理与技术1936月29日AM东九A405唐霞辉易飞2015~2016学年第二学期期末考试安排考试时间：AM(上午)：8：30~11：00PM（下午）：3：00~5：30NIG(晚上)：7：00~9：30激光原理与技术激光器的几乎一切特性以及对激光器采取的技术措施都与增益和损耗特性相关。因此，工作物质的增益特性和光腔的损耗特性是掌握激光原理的主要线索。17激光器的基本思想：光波模式的选择（F_P腔）；光的受激放大辐射（LASER）Chap01-激光的基本原理光子简并度的概念？光场与原子相互作用的三个过程？实现光放大的条件？激光器振荡的基本条件？光学谐振腔的主要作用？激光的四性？激光原理部分增益与损耗的概念？激光器的基本组成结构？Chap02-开放式光腔与高斯光束激光原理部分开放式谐振腔的分类及判据？横模和纵模的概念及纵模间隔的表达式？光学谐振腔的损耗及分类？菲涅耳数的概念及与谐振腔损耗的关系？掌握ABCD矩阵对谐振腔分析的方法及常用光学器件的ABCD矩阵？什么叫自再现模？方型共焦腔自再现模---厄米-高斯近似基模高斯光束的数学表达式、各模式的强度花样及振幅分布图共焦参数、束腰半径、模体积、发散角、等相位面—数学表达式圆型共焦腔自再现模---拉盖尔-高斯近似各模式的强度花样及振幅分布图掌握等价共焦腔的概念及变换方法。q(z)参数的定义及应用。q参数与ABCD矩阵的变换高斯光束的准直与聚焦特性。谐振腔内高斯光束的自再现特性及谐振腔稳定性判据。光束衍射倍率因子。Chap02-开放式光腔---非稳定腔1、非稳腔的几何放大率对望远镜腔，可以求出：111121222221/1/22maaRRRgmaaRgM望远镜其中的系统的表达式与几何放大率光学中公式一致；1122aLRRa、非稳腔的几何放大率只与腔长和有关，而与反射镜的横向尺寸。无关、233非稳腔的单端输出、Chap02-开放式光腔---非稳定腔2、非稳腔的能量损耗率掌握虚共焦腔的基本计算！Chap03-电磁场和物质的共振相互作用均匀加宽和非均匀加宽区别及线性函数。三能级结构\四能级结构能级示意图+速率方程。均匀加宽增益饱和现象与非均匀加宽增益饱和现象的区别。激光器振荡的阈值条件？模式竞争、兰姆凹陷等概念？25Chap03-电磁场和物质的共振相互作用自发辐射寿命？光子的寿命？21A=1/020titxtxee1rad原子经典简谐振子的数学模型2N激光调制的基础激光调制的技术调制的基本概念：掌握调制的种类及起优缺点比较。电光调制：--电光效应声光调制：--声光效应纵向电光效应横向电光效应拉曼-奈斯衍射布拉格衍射调Q技术：起因、原理、方法电光调Q技术：PTM，PRMC声光调Q技术：工作原理被动调Q技术：工作原理比较27锁模技术：起因、原理、方法主要理解P135页，锁模脉冲宽度、时间间隔、输出峰值功率等于谱线宽度、纵模间隔之间的关系与数学表达式。非线性光学技术：倍频技术的基本概念及实现方式波耦合方程、相位匹配条件，倍频的转换效率、相位匹配的种类2222221111xyzxnnyzn未加电场时在主轴坐标系中的折射率椭球：电光效应xyzEEEE为外电场2222221232224561111112221xyznnnyzzxxynnn212211121321222323313233414243251525346162632526111=111xyznnEnEEnnn则主轴坐标系下的椭球方程变为1234562222222122111jjjjjjjjjxjyzjjxyzEEEEEEyzzxxynnn电光效应22132213335151220000000000ijLN131333512222225121zzzyyxyxEEEEEEnEELN电光系数矩阵：电光效应//0,0xyzVzEEzE轴，一、沿方向加电压轴变形后的折射率椭球方程为：222133322111zzoeExyEznn//0,0yzxVxEExE轴，二、沿方向加电压轴变形后的折射率椭球方程为：2225122222221xxooexzxyzEExynnn22512222xeoeoEnntgnn045o无交叉项，主轴方向不变//0,0zxyVyEEyE轴，三、沿方向加电压轴变形后的折射率椭球方程为：2222222512221121yyyooezExEyEnnnyz22512222xeoeoEnntgnn0主轴近似没有转动222222222211()()1yyooezxEyEnnn3223221212xooyyooynnnEnnnE电光效应电光效应415263000000000000000ijKDPKDP晶体的电光系数矩阵为：4152222223262221xoezoyEExyzyzzxnnExyn222636363222111sin2sin212cos2zzooezExEyznExnny要消除交叉项，则必须有cos2045o主轴于是化，新的“”方程为22226326321111zezooxyznnEnE2222221xyzxyznnn可以写成：45o相对于原主轴旋转逆时针KDP单轴晶晶体由变成体双轴晶体电光效应RamanNath一、衍射产生条件低频超声波光波正入射声光互作用长度L较短声光介质可视为静止的平面相位光栅声光弱相互作用声光效应Bragg一、衍射产生条件高频超声波Bragg，入射角为光波以一定角度入射角L声光互作用长度长声光效应RamanNath衍射多级衍射光对称分布siniSm衍射角01级。衍射光只有级，+或1级00sin222sBssSkfnnVk2smmJ2sin2smism1dis级Bragg衍射调Q技术Q二、值的定义0Q谐振腔内存储的能量单位时间内损耗的能量c为腔内光子寿命；01c00/2LLLcLc为腔内光子单位时间内的损耗率；LL，，为腔内单程损耗为腔长为折射率0c三、调Q原理四、调Q脉冲的特性itnDn1、超阈度：mmPDEt二、峰值光子数密度214tmnD三、峰值功率ln2tmittcinhPnnnn调Q激光器电光调Q方法PRMQ一、式电光调PTMQ三、式电光调调Q激光器调Q激光器QPTM式调的优点QPRM效率比式调高Q调脉冲宽度较窄锁模技术一、锁模条件1213N、13gq2/2gcLgcL12.qqqdttconstdt、即各纵模间隔严格相等以及各纵模之间相位差恒定一般为01..0qmqqqconstconst二、等振幅近似下锁模脉冲特性锁模技术1峰值（最大值）max002/lim()lim()(21)qttAAtAtNE2周期性212qqLTc等于腔内只有一个脉冲，往返一次输出一个脉冲。3：脉冲宽度221NN两个极大值之间存在个零点和个次极大值。极大值和第一个零点之