《光纖激光器簡(jiǎn)介》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫(kù)。

1、目錄第一章、激光基礎(chǔ)第二章、激光器第三章、光纖的特性第四章、光纖激光器第五章、實(shí)驗(yàn)室激光器型號(hào)及操作安全第一章激光基礎(chǔ)1.1什么是激光？激光在我國(guó)最初被稱為“萊賽”，即英語(yǔ)“Laser”的譯音，而“Laser”是“Lightamplificationbystimulatedemissionofradiation”的縮寫。意為“輻射的受激發(fā)射光放大”，大約在1964年，根據(jù)錢學(xué)森院士的建議，改名為“激光”。激光是通過(guò)人工方式，用光或者放電等強(qiáng)能量激發(fā)特定的物質(zhì)而產(chǎn)生的光。激光的四大特性：高亮度、高單色性、高方向性、高相干性。具有高亮度的激光束經(jīng)過(guò)透鏡聚焦后，能在焦點(diǎn)附近產(chǎn)生數(shù)千度乃至

2、上萬(wàn)度的高溫，這就使其能夠加工幾乎所有材料。由于激光的單色性極高，從而保證了光束能精確地聚焦到焦點(diǎn)上，得到很高的功率密度。1.2激光產(chǎn)生的基本理論1.2.1原子能級(jí)和輻射躍遷按照玻爾的氫原子理論，繞原子核高速旋轉(zhuǎn)的電子具有一系列不連續(xù)的軌道，這些軌道稱為能級(jí),如圖1-1。圖1-1原子能級(jí)圖當(dāng)電子在不同的能級(jí)時(shí)，原子系統(tǒng)的能量是不相同的，能量最低的能級(jí)稱為基態(tài)。當(dāng)電子由于外界的作用從較低的能級(jí)躍遷到較高的能級(jí)時(shí)，原子的能量增圖1-2電子躍遷圖加，從外界吸收能量。反之，電子從較高能級(jí)躍遷到較低能級(jí)時(shí)，向外界發(fā)出能量。在這個(gè)過(guò)程中，若原子吸收或發(fā)出的能量是光能（輻射能），則稱此過(guò)程為輻射

3、躍遷。發(fā)出或吸收的光的頻率滿足普朗克公式（hv=E2-E1）。1.2.2受激吸收、自發(fā)輻射、和受激輻射受激吸收：處于低能級(jí)上的原子，吸收外來(lái)能量后躍遷到高能級(jí)，則稱之為受激吸收。自發(fā)輻射：由于物質(zhì)有趨于最低能量的本能，處于高能級(jí)上的原子總是要自發(fā)躍遷到低能級(jí)上去，如果躍遷中發(fā)出光子，則這個(gè)過(guò)程稱為自發(fā)輻射。兩個(gè)能級(jí)之間的能量差越大，自發(fā)輻射過(guò)程所放出的光子頻率就越高。如同彈琴，如果用力拉緊琴弦，琴發(fā)出的音調(diào)頻率就高，反之則低。自發(fā)輻射光極為常見(jiàn)，普通光源的發(fā)光就包含受激吸收與自發(fā)輻射過(guò)程。前一過(guò)程是粒子由于吸收外界能量而被激發(fā)至高能態(tài)；后一過(guò)程是高能態(tài)粒子自發(fā)地躍遷回低能態(tài)并同時(shí)輻

4、射光子。當(dāng)外界不斷地提供能量時(shí)，粒子就會(huì)不斷地由受激吸收到自發(fā)輻射，再受激吸收，再自發(fā)輻射……如此循環(huán)不止地進(jìn)行下去。每循環(huán)一次，放出一個(gè)光子，光就這樣產(chǎn)生了。以電燈為例：接通電源后，電流流經(jīng)燈泡中的發(fā)光物質(zhì)——鎢絲，鎢絲被灼熱，使鎢原子躍遷至高能態(tài)，然后又自發(fā)躍遷回低能態(tài)并同時(shí)輻射出光子，于是燈泡就亮了。受激輻射：處于高能級(jí)E2上的原子，受外來(lái)頻率（滿足hv=E2-E1）的光子的激勵(lì)，從E2躍遷到E1，發(fā)出一個(gè)和外來(lái)光子完全相同的光子，稱為受激輻射。受激輻射和自發(fā)輻射有本質(zhì)的區(qū)別：前者是受激產(chǎn)生，躍遷時(shí)產(chǎn)生的光子與外來(lái)光子在頻率、相位、方向、和偏振方向上完全一致，吸收一個(gè)光子，放

5、出兩個(gè)光子，產(chǎn)生的光子相當(dāng)于加強(qiáng)了外來(lái)光子，即光放大作用。而自發(fā)輻射的光子頻率不同，是雜亂無(wú)章的，完全不相干的。光放大作用簡(jiǎn)單地說(shuō)，就是輸入是一個(gè)外來(lái)光子，而輸出的則是性質(zhì)與外來(lái)光子一模一樣的兩個(gè)光子，因?yàn)樵谳敵龅膬蓚€(gè)光子中，一個(gè)就是外來(lái)光子本身，而另一個(gè)則是在受激輻射過(guò)程中釋放出來(lái)的，即是被外來(lái)光子“激”出來(lái)的。一個(gè)光子激發(fā)一個(gè)粒子產(chǎn)生受激輻射，得到兩個(gè)完全相同的光子，這就是光的“放大”。這兩個(gè)光子再去激發(fā)兩個(gè)粒子產(chǎn)生受激輻射，就可以得到完全相同的4個(gè)光子，4、8、16……如此鏈鎖反應(yīng)，完全相同的光子數(shù)目便會(huì)越來(lái)越多，可見(jiàn)受激輻射過(guò)程也就是光放大的過(guò)程。在受激輻射過(guò)程中產(chǎn)生并被放

6、大了的光，便是激光。1.2.3粒子反轉(zhuǎn)分布從光的放大作用可以看出，要想實(shí)現(xiàn)放大，則必須輸入外來(lái)光子（即種子光，后面要講的泵浦光），并且要有可供受激輻射的處在高能級(jí)的原子。在平衡狀態(tài)下，粒子（原子、分子等）在各能級(jí)的分布滿足玻爾茲曼公式，即能級(jí)的能量愈高，上面的粒子數(shù)越少。這時(shí)如果給粒子系統(tǒng)提供一個(gè)外來(lái)能量，使低能級(jí)上的粒子吸收能量躍遷至高能級(jí)上，使高能級(jí)上的粒子數(shù)多于低能級(jí)上的粒子數(shù)，這個(gè)過(guò)程即稱為粒子集居數(shù)反轉(zhuǎn)。只有在兩個(gè)形成了粒子數(shù)反轉(zhuǎn)的能級(jí)之間，受激輻射的分量才能大于受激吸收，光才能得到放大。1.2.4激光產(chǎn)生的三要素：激勵(lì)源，工作介質(zhì)，諧振腔一、激勵(lì)源要想把處于低能態(tài)的粒子

7、送到高能態(tài)去，就得借助外力工具來(lái)實(shí)現(xiàn)。這個(gè)過(guò)程類似于把水位很低的河水或井水抽運(yùn)到水塔上的蓄水池里，必須要有足夠功率的水泵作功才成。同理，要實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，首先必須消耗一定的能量把大量粒子從低能級(jí)“搬運(yùn)”到高能級(jí)，這種過(guò)程在激光理論上叫做泵浦或激勵(lì)。由于其作用原理和水泵抽水相類似，所以把能使大量的粒子從低能態(tài)抽運(yùn)到高能態(tài)的激勵(lì)裝置通稱之為“光泵”?！肮獗谩敝皇窃诮忉屃Ｗ訑?shù)反轉(zhuǎn)時(shí)借用的一種形象的說(shuō)法。實(shí)際上粒子都是甘居低能態(tài)的，而且很頑固，并不是象水一樣很容易地就被泵抽運(yùn)