深圳大学电子科学与技术学院：《激光原理 Principle of Laser》课程教学资源（PPT课件）第一章 激光的基本原理 第二部分 激光的特性（Laser output-beam properties）

激光的特性 Laser output-beam properties 氙灯光强低于阔值 氙灯光强高于阑值 ≈0.Inm R2 RI 0.4nm 0.3nm ≈0.3nm 6925693.56945波长/nm 692569356945波长/m 输出反射镜面 激光器 屏上没有干涉图形 屏上出现干涉光强分布

激光的特性(Laser output-beam properties)

激光器 荧光在屏上均匀照射 屏上出现强激光斑 倒 时间 时间 时间 时间

单色性:指光强按频率的分布状况,激光的 频谱宽度非常窄 相干性:时间相干性和空间相干性都很好 方向性:普通光向四面八方辐射,而激光基 本沿某一直线传播,激光束的发散角很小 高亮度:在单位面积、单位立体角内的输出 功率特别大

单色性： 指光强按频率的分布状况，激光的 频谱宽度非常窄 相干性：时间相干性和空间相干性都很好 方向性：普通光向四面八方辐射，而激光基 本沿某一直线传播，激光束的发散角很小 高亮度：在单位面积、单位立体角内的输出 功率特别大

·空间相干性和方向性是紧密联系的,与激光 的横模结构相联系。(横模代表光腔模式的 横向光场分布) 如果激光是单横模结构,同一模式内的光波 场是空间相干的;而另一方面,单横模结构 又具有最好的方向性。反之,如果激光是多 横模结构,由于不同模式的光波场是非相干 的,所以激光的空间相干性程度减小;另 方面,多横模意味着方向性变差(髙次模发 散角加大)

• 空间相干性和方向性是紧密联系的，与激光 的横模结构相联系。（横模代表光腔模式的 横向光场分布） • 如果激光是单横模结构，同一模式内的光波 场是空间相干的；而另一方面，单横模结构 又具有最好的方向性。反之，如果激光是多 横模结构，由于不同模式的光波场是非相干 的，所以激光的空间相干性程度减小；另一 方面，多横模意味着方向性变差（高次模发 散角加大）

·为了提高激光器的空间相干性,应限制激光 器工作在单横模;合理选择光腔的类型以及 增加腔长以利于提高光束的方向性 ·激光所能达到的最小光束发散角还要受到衍 射效应的限制,它不能小于激光通过输出孔 径时的衍射角0n 设输出孔径为2a,则衍射极限为 / 2a

• 为了提高激光器的空间相干性，应限制激光 器工作在单横模；合理选择光腔的类型以及 增加腔长以利于提高光束的方向性 • 激光所能达到的最小光束发散角还要受到衍 射效应的限制，它不能小于激光通过输出孔 径时的衍射角m • 设输出孔径为2a，则衍射极限为 ( ) 2 m rad a   

激光束的空间相干性和方向性对它的聚焦性 能有重要影响。 当一束发散角为θ的单色光被焦距为F的透 镜聚焦时,焦平面光斑直径D为 D=Fe 6≈b 2 时间相干性和单色性是紧密联系的z=1/1v, A1-频带宽度

• 激光束的空间相干性和方向性对它的聚焦性 能有重要影响。 • 当一束发散角为的单色光被焦距为F的透 镜聚焦时，焦平面光斑直径D为 D F =  2 m F D a =     m 时间相干性和单色性是紧密联系的c=1/ ， --频带宽度

光源的亮度定义为单位截面、 B (△P) 单位立体角内发射的光功率 △S△Q2 光源的单色亮度定义为单位截 面、单位频带宽度和单位立体 角内发射的光功率 B=(AP)2 P B △s△Q A△v(66) 对基横模、单纵模激光束 Ch 光源的单色亮度正比于光子简并度。 B 12

• 光源的亮度定义为单位截面、 单位立体角内发射的光功率 • 光源的单色亮度定义为单位截 面、单位频带宽度和单位立体 角内发射的光功率 2 2h B n    = 对基横模、单纵模激光束 2 0 ( ) s P B A    =     = s P B 1 ( )     =   s P B 2 ( ) 光源的单色亮度正比于光子简并度

Solid Area angle Rad 立体角的单位为sr,称为球面度。lS是这样的 立体角:其顶点位于球心,它在球面上所截取 的面积等于以球半径为边长的正方形面积

立体角的单位为sr，称为球面度。1sr是这样的 立体角：其顶点位于球心，它在球面上所截取 的面积等于以球半径为边长的正方形面积。 Area

Ideal laser monochromaticity and frequency stability There are several important and fundamental differences in detail. however between the incoherent light emitted by any thermal light source, such as the flashlight and the coherent light emitted by a laser oscillator

• There are several important and fundamental differences in detail, however, between the “incoherent” light emitted by any thermal light source, such as the flashlight and the “coherent” light emitted by a laser oscillator. Ideal laser monochromaticity and frequency stability

The flashlight, like any other thermal light source emits a generally broadband continuum of light at many different wavelengths There are light sources, such as discharge lamps, that emit only comparatively few spectral lines or narrow bands of wavelengths, but the spectral widths of the light emitted by even the best such sources are still limited by the linewidths of the atomic transitions in the discharge atoms

• The flashlight, like any other thermal light source, emits a generally broadband continuum of light at many different wavelengths. There are light sources, such as discharge lamps, that emit only comparatively few spectral lines or narrow bands of wavelengths, but the spectral widths of the light emitted by even the best such sources are still limited by the linewidths of the atomic transitions in the discharge atoms