激光中一些宽度的物理意义

关于激光中的一些宽度的物理含义(转)激光中的一些宽度的物理含义觉得很不错，转来一哈了一.激光介质的增益线宽,实验上,它可以由激光介质的荧光光谱分布来决定,它反映了增益介质对不同频率的光子的增益大小,一般固体激光器的增益线宽1nm左右.He-Ne激光器的大约为1500MHz,从物理上说,增益线宽是原子能级寿命产生的,这里还包括各种展宽机制,如均匀展宽,非均匀展宽等等.二.纵模间隔不同激光模式中心频率的差值,它由腔长和介质折射率决定.三.激光线宽激光起振后,会有一个或多个纵模产生,每个纵模的频率的范围就是激光的线宽.注意每个纵模的频率宽度和纵模之间的间隔是两个不同的概念,纵模间隔是相邻两个纵模中心频率的差值.激光线宽由谐振腔的品质因数决定,腔的品质因数越高,激光线宽就越窄.考虑激光介质的增益后,激光的线宽的理论极限由增益介质的自发辐射来决定,例如对于He-Ne,其线宽的理论极限约为10^-3Hz量级.当然实际的激光器中还有各种线宽展宽机制,使的激光线宽一般达不到其理论极限,例如对于He-Ne,温度变化0.01度引起的模式频率漂移约0.1MHz,实际He-Ne的激光线宽可达到1MHz,固体激光器中线宽可达1埃左右.四.激光的相干长度相干时间考虑激光的时间特性,每一个模式都可以看做是其线宽范围内的无穷多的平面波的叠加,最后在时间域里得到得到一个波包,这个过程在数学上叫反傅立叶变换.时间域的波包乘上光速就得到光波的空间波包.波包的宽度(时间或空间)就反映了光束的相干性,因为这个波包里的光子都是处在同一个模式里面,从而具有相干性,相干性的根源就来自光子的不可分辨性.激光的线宽越窄,波列就越长,对于连续运转的激光器,实际上是由很多这种相干波列组成.五.激光的脉宽.激光脉冲宽度的概念一般在脉冲激光器中使用,常见的有准连续激光器,脉宽在几十上百个微秒左右,调Q脉冲激光器,脉宽在ns量级,锁模脉宽在ps,fs甚至更短,显然,脉宽越短,它包含的频谱分量就越丰富.☆六.能否在将几个阈值进行对比说明？激光的阈值很好理解，激光振荡产生于增益介质中的自发辐射光子，激光振荡建立的过程中自发辐射的种子要在腔内的往返运动中被放大，这就需要有增益，而在激光腔内光子有各种各样的损耗，如激光介质不均匀性对光束的散射，腔内的衍射，激光介质对激光光子的吸收，腔镜的输出，等等，因此必须有一定的增益才能克服这些损耗从而实现并维持激光振荡的实现。这个最低的增益就是激光的阈值。为了表述方便，可以用不同的形式来说阈值，比如阈值电流，阈值粒子数反转，阈值泵浦功率，等等，它们在本质上是等效的。1.是否可以这样理解：在室温下Nd3’：YAG有三条荧光谱线，中心波长0．914um，1．06um，1．35um每条荧光谱线都有各自的增益宽度，且互不影响。2.根据谐振腔的谐振条件，满足谐振条件是形成激光的必要条件，这跟激光线宽的说法有点矛盾。对于第一个问题，担心是没有必要的，因为到底那条谱线能起振，是由腔镜上所镀的膜来决定。如果你镀的是914的高反膜，那么你起振的就是914的激光。当然这几条谱线之间的增益强度是不一样的，这样会导致你得到的激光效率不同。当然如果你的腔镜能使好几条谱线同时起振，这几条谱线之间当然会有竞争，因为它们消耗的是同样的粒子数反转对于第二个问题，是这样得，晶体的荧光谱线宽度跟起振的激光的谱线宽度是两个完全不同的概念，前着是粒子数反转后的自发发射谱，而激光谱线是受激发射谱。激光晶体的增益线宽一般是比较宽的，它远远大于谐振腔的纵模间隔。落在增益线宽范围内的那些腔的纵模就是可以起振的模式。比如，Nd:YAG，1064nm线的线宽为4.5个埃，而对于长度为10cm的腔，纵模间隔为0.05个埃，也就是可以有90个纵模同时起振。