激光器的四种特性,不知道的赶紧了解,你知道哪几个特性呢?

指尖趣点
2021-09-28 17:49 来自江西

激光器具有与普通光源很不相同的特性,一般称为激光的四性:单色性好、方向性好、相干性好以及能量集中。激光的这些特性不是彼此独立的,它们相互之间有联系。实际上,正是由于激光的受激辐射本质决定了它是一个相干光源,因此其单色性和方向性好,能量集中。

一般光源的线宽是相当宽的,既使是单色性最好的氟灯,线宽也有10Hz~10Hz。而激光的线宽相当窄,理论上可以证明(见第四章$4),单纵模激光器的谱线宽度存在一个理论极限,如氨氛激光器的线宽极限可以达到约10Hz的数量级,显然这是温度的变化、激光器的振动、气体激光器中激光工作物质存在的气流以及外界的泵浦等因素会导致谐振频率的不稳定。

二、方向性

普通光源发出的光是向各方向传播的,发散角很大。激光的发散角却很小,它几乎是一束平行光。若将一束激光射到几千米处,光束扩散的直径还不到10cm。而使用具有抛物形反射面的探照灯,也要扩散到几十米。根据光的衍射理论,任何光通过输出孔径时都要产生衍射,衍射角的大小与光波长成正比,与孔的直径成反比。激光的方向性与振荡模式、腔长,工作物质等都有关系。基横模的发散角最小,横模的阶次越高,发散角越大。因此,采用适当的选横模技术,使激光器工作在基横模状态是有利于改善激光的方向性的。谐振腔越长,激光方向性越好。在各类激光器中,气体激光器的方向性最好,固体激光器次之,半导体激光器最差。

三、相干性

激光器的相干性能比普通光源要强得多,一般称激光为相干光,普通光为非相干光。相干性有时间相干性与空间相干性之分,我们分别来讨论激光的这两种相干性。

时间相干性

光源的时间相干性(或称纵向空间相干性,见本章$1.1)与单色性相联系。由(1-1-4)式可知,光源的谱线宽度v越窄,相干时间t.就越长。激光的线宽非常窄,故它的时间相干性比起普通光源来要好得多。

空间相干性

这里所讲的空间相干性,主要是指横向空间相干性,它与光源的方向性相联系。对于普通光源来说,它所发出的光分属众多的模式,只有在一定范围空间中的光子才是相干的。因此,可以使用81中定义的相干面积来描述光的空间相干性。对于激光来说,只有属于同一个横模模式的光子才是空间相干的,不属于同一横模模式的光子则是不相干的。因此,激光的空间相干性由激光器的横模结构所决定。如果激光器是单横模;则它是完全空间相干的。如果激光器是多横模,则它的空间相干性能变差。此外,在前边所叙述的激光方向性中,谈到过单基横模的方向性最好,横模阶次越高方向性越差。这表明激光的方向性越好,它的空间相干性程度就越高。

四、能量集中性

衡量光渊能量集中程度可用亮度来定义,普通光源所发出的光是连续的,并且射向四面八方,能量非常分散。即使用透镜进行聚焦,也很难将全部能量汇聚到很小的范围内,故亮度不高。激光器发出的激光方向性好,能量在空间高度集中。使用脉冲技术,还可使激光能量在时间上也高度集中。因此,激光器的光亮度远比普通光源要高得多。

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