第3章-激光测试技术-39-49-62课件

第第 3 章章激光测试技术激光测试技术 2024/7/121引引 言言 自自1960年年Maiman研制成功世界上第一台红宝研制成功世界上第一台红宝石固体激光器以来，激光技术石固体激光器以来，激光技术发展极为迅速发展极为迅速，并带，并带动一大批相关学科和技术的发展，其动一大批相关学科和技术的发展，其应用应用遍布几乎遍布几乎所有领域，如信息、医学、工农业和军事技术等各所有领域，如信息、医学、工农业和军事技术等各个部门，是个部门，是具有里程碑意义的重要技术成就具有里程碑意义的重要技术成就。激光。激光技术的广泛应用使之成为力学、物理、化学、材料技术的广泛应用使之成为力学、物理、化学、材料科学、光电子以及医学工程之间的一门交叉学科。科学、光电子以及医学工程之间的一门交叉学科。激光是一种激光是一种高亮度高亮度的定向能束，的定向能束，单色性好单色性好，发发散角很小散角很小，具有，具有优异的相干性优异的相干性，既是光电测试技术，既是光电测试技术中的中的最佳光源最佳光源，也是许多测试技术的，也是许多测试技术的基准基准。2024/7/1223-1 激光概述激光概述1.激光的基本性质激光的基本性质 激光的方向性激光的方向性描述方法：描述方法：描述方法：描述方法：发散角发散角发散角发散角：光源发光面所发出光线中，两光线之间：光源发光面所发出光线中，两光线之间：光源发光面所发出光线中，两光线之间：光源发光面所发出光线中，两光线之间的最大角，一般用的最大角，一般用的最大角，一般用的最大角，一般用2 2 表示，单位为表示，单位为表示，单位为表示，单位为 radrad。立体角立体角立体角立体角：球冠曲面：球冠曲面：球冠曲面：球冠曲面 S S 对光源对光源对光源对光源O O所张的空间角所张的空间角所张的空间角所张的空间角 ，单，单，单，单位为位为位为位为srsr，可用下式描述，可用下式描述，可用下式描述，可用下式描述整个球面对球心所张整个球面对球心所张整个球面对球心所张整个球面对球心所张 的立体角是的立体角是的立体角是的立体角是4 4 (srsr)。O2(a)O2(b)RS光束的发散角a）和立体角b）激光的方向性对激光的方向性对激光的方向性对激光的方向性对其聚焦性能有重要影其聚焦性能有重要影其聚焦性能有重要影其聚焦性能有重要影响。响。响。响。2024/7/123 激光器的发激光器的发激光器的发激光器的发散角接近该激光散角接近该激光散角接近该激光散角接近该激光器的出射孔径所器的出射孔径所器的出射孔径所器的出射孔径所决定的衍射极限决定的衍射极限决定的衍射极限决定的衍射极限。可以表示为。可以表示为。可以表示为。可以表示为:例：例：例：例：对氦氖激光器，对氦氖激光器，对氦氖激光器，对氦氖激光器，=0.63=0.63 mm，d d=3=3mmmm，则光束发散角为，则光束发散角为，则光束发散角为，则光束发散角为 2 2 22 1010 4 4radrad。当发散角较小时，发散角和立体角的关系可简化为当发散角较小时，发散角和立体角的关系可简化为当发散角较小时，发散角和立体角的关系可简化为当发散角较小时，发散角和立体角的关系可简化为 常用激光器的光束方向性能：常用激光器的光束方向性能：常用激光器的光束方向性能：常用激光器的光束方向性能：气体激光器方向性最好，其发散角约为气体激光器方向性最好，其发散角约为气体激光器方向性最好，其发散角约为气体激光器方向性最好，其发散角约为1010 3 31010 6 6radrad；(接近衍射极限，是当前最好探照灯系统的接近衍射极限，是当前最好探照灯系统的接近衍射极限，是当前最好探照灯系统的接近衍射极限，是当前最好探照灯系统的1010 3 3倍倍倍倍)固体激光器的方向性较差，一般为固体激光器的方向性较差，一般为固体激光器的方向性较差，一般为固体激光器的方向性较差，一般为1010 2 2radrad量级。量级。量级。量级。半导体激光器的方向性最差，一般在半导体激光器的方向性最差，一般在半导体激光器的方向性最差，一般在半导体激光器的方向性最差，一般在(5(510)10)1010 2 2radrad，且，且，且，且两个方向的发散角不一样。两个方向的发散角不一样。两个方向的发散角不一样。两个方向的发散角不一样。Beam radius at 100 m as a function of starting beam radius for a He-Ne laser at 632.8 nm2024/7/124 激光的高亮度激光的高亮度激光的高亮度激光的高亮度 亮度亮度亮度亮度单位面积单位面积单位面积单位面积的光源在的光源在的光源在的光源在单位时间单位时间单位时间单位时间内向着其法线内向着其法线内向着其法线内向着其法线 方向上的方向上的方向上的方向上的单位立体角单位立体角单位立体角单位立体角范围内辐射的能量，范围内辐射的能量，范围内辐射的能量，范围内辐射的能量，可表示为可表示为可表示为可表示为:(WW/mm2 2 srsr)辐射出射能量辐射出射能量辐射出射能量辐射出射能量光束出射立体角光束出射立体角光束出射立体角光束出射立体角光源表面积光源表面积光源表面积光源表面积 一般激光器的发光立体角大约为一般激光器的发光立体角大约为一般激光器的发光立体角大约为一般激光器的发光立体角大约为 1010 6 6srsr，其发，其发，其发，其发光亮度比普通光源大百万倍。光亮度比普通光源大百万倍。光亮度比普通光源大百万倍。光亮度比普通光源大百万倍。正是由于激光能量在空间和时间上的高度集中，正是由于激光能量在空间和时间上的高度集中，正是由于激光能量在空间和时间上的高度集中，正是由于激光能量在空间和时间上的高度集中，才使得激光具有普通光源所达不到的高亮度。才使得激光具有普通光源所达不到的高亮度。才使得激光具有普通光源所达不到的高亮度。才使得激光具有普通光源所达不到的高亮度。激光的亮度水平：激光的亮度水平：激光的亮度水平：激光的亮度水平：一个普通的调一个普通的调一个普通的调一个普通的调Q Q红宝石激光器发红宝石激光器发红宝石激光器发红宝石激光器发射的激光，其脉冲功率很容易达到射的激光，其脉冲功率很容易达到射的激光，其脉冲功率很容易达到射的激光，其脉冲功率很容易达到10106 6WW的水平，其亮度是太阳的的水平，其亮度是太阳的的水平，其亮度是太阳的的水平，其亮度是太阳的10101010倍。倍。倍。倍。目前的超短脉冲激光器能产生短目前的超短脉冲激光器能产生短目前的超短脉冲激光器能产生短目前的超短脉冲激光器能产生短至至至至4.64.6fs fs的超短脉冲，光功率密度可高的超短脉冲，光功率密度可高的超短脉冲，光功率密度可高的超短脉冲，光功率密度可高达达达达10102020WW/cmcm2 2，其亮度更高。，其亮度更高。，其亮度更高。，其亮度更高。2024/7/125 激光的单色性激光的单色性 单色性单色性光强按频率光强按频率/波长的波长的分布状况分布状况 描述方法：描述方法：用频谱用频谱/波长分布的宽度波长分布的宽度(线宽线宽)(FWHMFWHM，Full Width at Half MaximumFull Width at Half Maximum)激光的单色性能：激光的单色性能：单模稳频单模稳频He-Ne激光器，其发出的谱线的线激光器，其发出的谱线的线宽与波长的比值可达宽与波长的比值可达 ；普通光源中，单色性最好的同位素普通光源中，单色性最好的同位素86Kr放电放电灯在低温下发出波长灯在低温下发出波长 605.7 nm的光的光,。2024/7/126 激光的时间相干性激光的时间相干性激光的时间相干性激光的时间相干性 概念：概念：概念：概念：激光的激光的激光的激光的时间相干性时间相干性时间相干性时间相干性是指在一空间点上，由同一是指在一空间点上，由同一是指在一空间点上，由同一是指在一空间点上，由同一光源发射出来的两光波之间光源发射出来的两光波之间光源发射出来的两光波之间光源发射出来的两光波之间位相差与时间无关位相差与时间无关位相差与时间无关位相差与时间无关的性质的性质的性质的性质 ，即光波的时间延续性。可以理解为同一光源发出的，即光波的时间延续性。可以理解为同一光源发出的，即光波的时间延续性。可以理解为同一光源发出的，即光波的时间延续性。可以理解为同一光源发出的两列光波经不同的路径，在相隔一定时间两列光波经不同的路径，在相隔一定时间两列光波经不同的路径，在相隔一定时间两列光波经不同的路径，在相隔一定时间 c c 后在空间后在空间后在空间后在空间某点会合，尚能发生干涉，某点会合，尚能发生干涉，某点会合，尚能发生干涉，某点会合，尚能发生干涉，c c 称为称为称为称为相干时间相干时间相干时间相干时间。在迈克尔逊干涉仪中，当两光路光程差小于光振在迈克尔逊干涉仪中，当两光路光程差小于光振在迈克尔逊干涉仪中，当两光路光程差小于光振在迈克尔逊干涉仪中，当两光路光程差小于光振动波列本身的长度动波列本身的长度动波列本身的长度动波列本身的长度 L L 时，在观察点时，在观察点时，在观察点时，在观察点P P 处还有一部分干处还有一部分干处还有一部分干处还有一部分干涉，可看到干涉条纹。当光程差大于振动波列本身的涉，可看到干涉条纹。当光程差大于振动波列本身的涉，可看到干涉条纹。当光程差大于振动波列本身的涉，可看到干涉条纹。当光程差大于振动波列本身的长度长度长度长度L L 时，两列波完全不相干，则看不到干涉条纹。时，两列波完全不相干，则看不到干涉条纹。时，两列波完全不相干，则看不到干涉条纹。时，两列波完全不相干，则看不到干涉条纹。把两波列间允许的最大光程差称为光源的把两波列间允许的最大光程差称为光源的把两波列间允许的最大光程差称为光源的把两波列间允许的最大光程差称为光源的相干长度相干长度相干长度相干长度，记作记作记作记作L Lc c，它等于光振动波列本身的长度。，它等于光振动波列本身的长度。，它等于光振动波列本身的长度。，它等于光振动波列本身的长度。激激 光光 器器M2M1P1212图3-3 迈克尔逊干涉仪2024/7/127经过简单推导有下式成立：经过简单推导有下式成立：经过简单推导有下式成立：经过简单推导有下式成立：因波列长度因波列长度因波列长度因波列长度故相干时间故相干时间故相干时间故相干时间所以有所以有所以有所以有:结论：结论：结论：结论：光谱线宽度光谱线宽度光谱线宽度光谱线宽度 和和和和 越窄，光的相干时间越窄，光的相干时间越窄，光的相干时间越窄，光的相干时间 c c 和相和相和相和相 干长度干长度干长度干长度 L Lc c 越长，光的时间相干性越好。所以激越长，光的时间相干性越好。所以激越长，光的时间相干性越好。所以激越长，光的时间相干性越好。所以激 光的时间相干性比普通光源所发出的光好得多。光的时间相干性比普通光源所发出的光好得多。光的时间相干性比普通光源所发出的光好得多。光的时间相干性比普通光源所发出的光好得多。例如：例如：例如：例如：用用用用 8686Kr Kr 灯作光源的干涉仪，理论上其相干长度灯作光源的干涉仪，理论上其相干长度灯作光源的干涉仪，理论上其相干长度灯作光源的干涉仪，理论上其相干长度 L Lc c=77=77cmcm，这与非受激发射的普通光源相比已是，这与非受激发射的普通光源相比已是，这与非受激发射的普通光源相比已是，这与非受激发射的普通光源相比已是 最长的了；但利用稳频最长的了；但利用稳频最长的了；但利用稳频最长的了；但利用稳频He-He-NeNe激光器激光器激光器激光器(632.8(632.8 n nmm)作光源，若其频率稳定度为作光源，若其频率稳定度为作光源，若其频率稳定度为作光源，若其频率稳定度为1010 1111，干涉仪的相干，干涉仪的相干，干涉仪的相干，干涉仪的相干 长度可达长度可达长度可达长度可达6 6 10103 3kmkm。且且且且2024/7/128 激光的空间相干性激光的空间相干性激光的空间相干性激光的空间相干性概念：空间相干性概念：空间相干性概念：空间相干性概念：空间相干性是指同一时间，由空间不同点发出的是指同一时间，由空间不同点发出的是指同一时间，由空间不同点发出的是指同一时间，由空间不同点发出的 光波的相干性。光波的相干性。光波的相干性。光波的相干性。在杨氏狭缝干涉实验中，若光源为理想光源在杨氏狭缝干涉实验中，若光源为理想光源在杨氏狭缝干涉实验中，若光源为理想光源在杨氏狭缝干涉实验中，若光源为理想光源(点光点光点光点光源源源源)，则在观察屏上将观察到等距排列的亮暗相间的条，则在观察屏上将观察到等距排列的亮暗相间的条，则在观察屏上将观察到等距排列的亮暗相间的条，则在观察屏上将观察到等距排列的亮暗相间的条纹。但实际的光源纹。但实际的光源纹。但实际的光源纹。但实际的光源 S S 总有一定的宽度，设为总有一定的宽度，设为总有一定的宽度，设为总有一定的宽度，设为 2 2b b。下面。下面。下面。下面分两种情况讨论：分两种情况讨论：分两种情况讨论：分两种情况讨论：1 1）当两狭缝）当两狭缝）当两狭缝）当两狭缝S S1 1和和和和S S2 2的间距一定时，光源宽度对干涉条的间距一定时，光源宽度对干涉条的间距一定时，光源宽度对干涉条的间距一定时，光源宽度对干涉条 纹的影响表现为光源的纹的影响表现为光源的纹的影响表现为光源的纹的影响表现为光源的临界宽度临界宽度临界宽度临界宽度：2 2）当光源宽度）当光源宽度）当光源宽度）当光源宽度2 2b b一定时，两狭缝之间距离对干涉条纹一定时，两狭缝之间距离对干涉条纹一定时，两狭缝之间距离对干涉条纹一定时，两狭缝之间距离对干涉条纹 的影响表现为两狭缝之间的影响表现为两狭缝之间的影响表现为两狭缝之间的影响表现为两狭缝之间最大允许距离最大允许距离最大允许距离最大允许距离：观察屏2bPZS1S2S0S0S0”RBd图3-4 杨氏双缝干涉实验示意图结论：结论：结论：结论：如果用单模激光器作光源，使激光束如果用单模激光器作光源，使激光束如果用单模激光器作光源，使激光束如果用单模激光器作光源，使激光束直接照在直接照在直接照在直接照在S S1 1和和和和S S2 2上，由于这种激光光上，由于这种激光光上，由于这种激光光上，由于这种激光光束在其截面不同点上有确定的位相关束在其截面不同点上有确定的位相关束在其截面不同点上有确定的位相关束在其截面不同点上有确定的位相关系，因此可产生干涉条纹，即系，因此可产生干涉条纹，即系，因此可产生干涉条纹，即系，因此可产生干涉条纹，即单模激单模激单模激单模激光光束的空间相干性很好光光束的空间相干性很好光光束的空间相干性很好光光束的空间相干性很好。例如：例如：例如：例如：尺寸为尺寸为尺寸为尺寸为100100 mm的矩形汞弧灯光的矩形汞弧灯光的矩形汞弧灯光的矩形汞弧灯光源，当针孔屏距光源源，当针孔屏距光源源，当针孔屏距光源源，当针孔屏距光源500500mmmm放置时，放置时，放置时，放置时，横向相干长度横向相干长度横向相干长度横向相干长度大约为大约为大约为大约为0.250.25mmmm，而激光，而激光，而激光，而激光器的横向相干长度可达器的横向相干长度可达器的横向相干长度可达器的横向相干长度可达100100mmmm以上。以上。以上。以上。2024/7/129 激光的纵模与横模激光的纵模与横模激光的纵模与横模激光的纵模与横模1 1）激光的纵模）激光的纵模）激光的纵模）激光的纵模 光波是一种电磁波，每种光都是具有一定频率的电光波是一种电磁波，每种光都是具有一定频率的电光波是一种电磁波，每种光都是具有一定频率的电光波是一种电磁波，每种光都是具有一定频率的电磁振荡。谐振腔的磁振荡。谐振腔的磁振荡。谐振腔的磁振荡。谐振腔的光学长度光学长度光学长度光学长度等于半波长的整数倍的那些等于半波长的整数倍的那些等于半波长的整数倍的那些等于半波长的整数倍的那些光波将形成稳定的振荡，因为这些光波在多次反射中相光波将形成稳定的振荡，因为这些光波在多次反射中相光波将形成稳定的振荡，因为这些光波在多次反射中相光波将形成稳定的振荡，因为这些光波在多次反射中相位完全相同而得到最有效的加强。位完全相同而得到最有效的加强。位完全相同而得到最有效的加强。位完全相同而得到最有效的加强。谐振条件谐振条件谐振条件谐振条件：所以原则上谐振腔内有无限多个谐振频率。每一种所以原则上谐振腔内有无限多个谐振频率。每一种所以原则上谐振腔内有无限多个谐振频率。每一种所以原则上谐振腔内有无限多个谐振频率。每一种谐振频率的振荡代表一种振荡方式，称为一个谐振频率的振荡代表一种振荡方式，称为一个谐振频率的振荡代表一种振荡方式，称为一个谐振频率的振荡代表一种振荡方式，称为一个“模式模式模式模式”。对于上述沿轴向传播的振动，称为对于上述沿轴向传播的振动，称为对于上述沿轴向传播的振动，称为对于上述沿轴向传播的振动，称为“轴向模式轴向模式轴向模式轴向模式”，或简，或简，或简，或简称称称称为为为为“纵模纵模纵模纵模”。纵模间频率差为：纵模间频率差为：纵模间频率差为：纵模间频率差为：l图3-5 谐振腔中的驻波c/2nl阈值a)b)图图3-6 3-6 纵模的频谱分布及增纵模的频谱分布及增益特性益特性结论：结论：结论：结论：纵模的频率间隔与谐振腔的光学长度成反比，与纵纵模的频率间隔与谐振腔的光学长度成反比，与纵纵模的频率间隔与谐振腔的光学长度成反比，与纵纵模的频率间隔与谐振腔的光学长度成反比，与纵模的模序数模的模序数模的模序数模的模序数q q无关，在频谱上呈现为无关，在频谱上呈现为无关，在频谱上呈现为无关，在频谱上呈现为等间隔的分立等间隔的分立等间隔的分立等间隔的分立谱线谱线谱线谱线，称之为，称之为，称之为，称之为谐振频率，谐振频率，谐振频率，谐振频率，故也将纵模称为故也将纵模称为故也将纵模称为故也将纵模称为谐振模谐振模谐振模谐振模。在谐振腔允许的谐振频率中，因激活介质有特定的在谐振腔允许的谐振频率中，因激活介质有特定的在谐振腔允许的谐振频率中，因激活介质有特定的在谐振腔允许的谐振频率中，因激活介质有特定的光谱曲线光谱曲线光谱曲线光谱曲线(增益曲线增益曲线增益曲线增益曲线)，且谐振腔中还存在各种损耗，且谐振腔中还存在各种损耗，且谐振腔中还存在各种损耗，且谐振腔中还存在各种损耗 ，所以只有那些落在增益曲线范围内且增益大于损，所以只有那些落在增益曲线范围内且增益大于损，所以只有那些落在增益曲线范围内且增益大于损，所以只有那些落在增益曲线范围内且增益大于损耗的那些频率才能形成激光，其他频率的光波都不耗的那些频率才能形成激光，其他频率的光波都不耗的那些频率才能形成激光，其他频率的光波都不耗的那些频率才能形成激光，其他频率的光波都不能形成激光振荡。因此激光器能形成激光振荡。因此激光器能形成激光振荡。因此激光器能形成激光振荡。因此激光器输出激光频率输出激光频率输出激光频率输出激光频率由由由由介质介质介质介质光谱特性光谱特性光谱特性光谱特性和和和和谐振腔频率特性谐振腔频率特性谐振腔频率特性谐振腔频率特性共同决定。共同决定。共同决定。共同决定。谐振腔谐振腔谐振腔谐振腔起到起到起到起到频率选择器频率选择器频率选择器频率选择器的作用，正是由于这种作用的作用，正是由于这种作用的作用，正是由于这种作用的作用，正是由于这种作用 ，才使激光具有良好的单色性。，才使激光具有良好的单色性。，才使激光具有良好的单色性。，才使激光具有良好的单色性。2024/7/12102）激光的横模）激光的横模 激光光束的截面形状除对称的圆形光斑以激光光束的截面形状除对称的圆形光斑以外，还会出现一些形状较为复杂的光斑，如下外，还会出现一些形状较为复杂的光斑，如下图所示。激光的纵模对应于谐振腔中纵向不同图所示。激光的纵模对应于谐振腔中纵向不同的稳定的光场分布。光场在横向不同的稳定分的稳定的光场分布。光场在横向不同的稳定分布，通常称为不同的布，通常称为不同的横模横模。图图3-7 激光的各种横模激光的各种横模 a)TEM00 b)TEM10 c)TEM13 d)TEM11 e)TEM00 f)TEM03 g)TEM10 轴轴对对称称旋旋转转对对称称 TEM00 TEM01 TEM10 TEM11 TEM02造成横向光强分布不均匀的造成横向光强分布不均匀的造成横向光强分布不均匀的造成横向光强分布不均匀的原因是谐振腔的原因是谐振腔的原因是谐振腔的原因是谐振腔的衍射效应衍射效应衍射效应衍射效应。实际应用中，希望激光的光实际应用中，希望激光的光实际应用中，希望激光的光实际应用中，希望激光的光强分布越均匀越好，而不希强分布越均匀越好，而不希强分布越均匀越好，而不希强分布越均匀越好，而不希望出现高阶模。望出现高阶模。望出现高阶模。望出现高阶模。2024/7/12112 2高斯光束高斯光束高斯光束高斯光束(略略略略)高斯光束的描述高斯光束的描述高斯光束的描述高斯光束的描述 由凹面镜构成的稳定谐振腔产生的激光束由凹面镜构成的稳定谐振腔产生的激光束由凹面镜构成的稳定谐振腔产生的激光束由凹面镜构成的稳定谐振腔产生的激光束既不是既不是既不是既不是均匀平面光波，也不是均匀球面光波，而是一种结构均匀平面光波，也不是均匀球面光波，而是一种结构均匀平面光波，也不是均匀球面光波，而是一种结构均匀平面光波，也不是均匀球面光波，而是一种结构比较特殊的高斯光束比较特殊的高斯光束比较特殊的高斯光束比较特殊的高斯光束，如图所示。，如图所示。，如图所示。，如图所示。xzy0(z)图3-8 高斯光束2024/7/1212 高斯光束是波动方程的一个特解，是一种非均匀高斯光束是波动方程的一个特解，是一种非均匀高斯光束是波动方程的一个特解，是一种非均匀高斯光束是波动方程的一个特解，是一种非均匀波，在许多方面类似于平面波。但是它的强度分布不波，在许多方面类似于平面波。但是它的强度分布不波，在许多方面类似于平面波。但是它的强度分布不波，在许多方面类似于平面波。但是它的强度分布不均匀，主要集中在传播轴附近，它的等相面是弯曲的，均匀，主要集中在传播轴附近，它的等相面是弯曲的，均匀，主要集中在传播轴附近，它的等相面是弯曲的，均匀，主要集中在传播轴附近，它的等相面是弯曲的，等相面上的光场振幅分布是非均匀的高斯分布。等相面上的光场振幅分布是非均匀的高斯分布。等相面上的光场振幅分布是非均匀的高斯分布。等相面上的光场振幅分布是非均匀的高斯分布。高斯光束的特点高斯光束的特点(旁轴情况下旁轴情况下)(1)(1)一种非均匀高斯球面波一种非均匀高斯球面波一种非均匀高斯球面波一种非均匀高斯球面波(2)(2)传播过程中曲率中心不断改变传播过程中曲率中心不断改变传播过程中曲率中心不断改变传播过程中曲率中心不断改变(3)(3)振幅分布在横截面内为高斯分布振幅分布在横截面内为高斯分布振幅分布在横截面内为高斯分布振幅分布在横截面内为高斯分布(4)(4)强度集中在轴线及其附近强度集中在轴线及其附近强度集中在轴线及其附近强度集中在轴线及其附近(5)(5)等相面保持球面等相面保持球面等相面保持球面等相面保持球面2024/7/1213沿沿沿沿z z 轴方向传播的高斯光束的电矢量表达式为轴方向传播的高斯光束的电矢量表达式为轴方向传播的高斯光束的电矢量表达式为轴方向传播的高斯光束的电矢量表达式为:6.2 高斯光束的性质高斯光束的性质1.1.振幅分布、光斑半径及束腰半径振幅分布、光斑半径及束腰半径振幅分布、光斑半径及束腰半径振幅分布、光斑半径及束腰半径光束在光束在光束在光束在纵轴上纵轴上纵轴上纵轴上(x x=y y=0)=0)z z点点点点的电矢量振幅的电矢量振幅的电矢量振幅的电矢量振幅 光束在光束在光束在光束在z z处垂处垂处垂处垂直于直于直于直于纵轴横截纵轴横截纵轴横截纵轴横截面内面内面内面内的振幅分的振幅分的振幅分的振幅分布布布布 波数波数波数波数K K2 2 /(z z)称为称为称为称为 z z 点的点的点的点的光斑尺寸光斑尺寸光斑尺寸光斑尺寸，它是，它是，它是，它是 z z的函数，即的函数，即的函数，即的函数，即 0 0是是是是z z=0=0处的光斑尺寸，它是高处的光斑尺寸，它是高处的光斑尺寸，它是高处的光斑尺寸，它是高斯光束的一个特征参量，称为光斯光束的一个特征参量，称为光斯光束的一个特征参量，称为光斯光束的一个特征参量，称为光束束束束“束腰束腰束腰束腰”;R R(z z)是在是在是在是在z z处波阵面的处波阵面的处波阵面的处波阵面的曲率半径曲率半径曲率半径曲率半径，它也是，它也是，它也是，它也是z z的函数的函数的函数的函数 是与是与是与是与z z有关的位相因子有关的位相因子有关的位相因子有关的位相因子 2024/7/1214(1)z=0 的情况的情况 将将将将z z=0 =0 代入电矢量表达式，得出代入电矢量表达式，得出代入电矢量表达式，得出代入电矢量表达式，得出z z=0=0处的电矢量表处的电矢量表处的电矢量表处的电矢量表达式为达式为达式为达式为:特点：特点：特点：特点：与与与与x x,y y有关的有关的有关的有关的位相位相位相位相部分消失，即部分消失，即部分消失，即部分消失，即z z=0=0的平面是等相的平面是等相的平面是等相的平面是等相面，它与平面波的波阵面一样；面，它与平面波的波阵面一样；面，它与平面波的波阵面一样；面，它与平面波的波阵面一样；振幅振幅振幅振幅部分是一指数表达式，这种指数函数叫高斯函部分是一指数表达式，这种指数函数叫高斯函部分是一指数表达式，这种指数函数叫高斯函部分是一指数表达式，这种指数函数叫高斯函数，通常称振幅的这种分布为数，通常称振幅的这种分布为数，通常称振幅的这种分布为数，通常称振幅的这种分布为高斯分布高斯分布高斯分布高斯分布光斑中光斑中光斑中光斑中心最亮，向外逐渐减弱，但无清晰的轮廓。心最亮，向外逐渐减弱，但无清晰的轮廓。心最亮，向外逐渐减弱，但无清晰的轮廓。心最亮，向外逐渐减弱，但无清晰的轮廓。1.振幅分布、光斑半径及束腰半径振幅分布、光斑半径及束腰半径注意：注意：注意：注意：高斯光束在高斯光束在高斯光束在高斯光束在 z z=0=0处的波处的波处的波处的波阵面是一平面，这一点与平阵面是一平面，这一点与平阵面是一平面，这一点与平阵面是一平面，这一点与平面波相同，但其光强分布是面波相同，但其光强分布是面波相同，但其光强分布是面波相同，但其光强分布是一种特殊的高斯分布，这一一种特殊的高斯分布，这一一种特殊的高斯分布，这一一种特殊的高斯分布，这一点不同于平面波。也正是由点不同于平面波。也正是由点不同于平面波。也正是由点不同于平面波。也正是由于这一差别，决定了它沿于这一差别，决定了它沿于这一差别，决定了它沿于这一差别，决定了它沿 z z方向播传时不再保持平面波方向播传时不再保持平面波方向播传时不再保持平面波方向播传时不再保持平面波的特性，而以高斯球面波的的特性，而以高斯球面波的的特性，而以高斯球面波的的特性，而以高斯球面波的特殊形式传播。特殊形式传播。特殊形式传播。特殊形式传播。2024/7/1215光斑半径：光斑半径：光强以高斯函数光强以高斯函数光强以高斯函数光强以高斯函数 的形式从中的形式从中的形式从中的形式从中心心心心(传播轴线传播轴线传播轴线传播轴线)向外平滑的减小。当光强减小到中心值向外平滑的减小。当光强减小到中心值向外平滑的减小。当光强减小到中心值向外平滑的减小。当光强减小到中心值的的的的 1/1/e e2 2(电矢量振幅下降到中心值电矢量振幅下降到中心值电矢量振幅下降到中心值电矢量振幅下降到中心值1/1/e e)处时的处时的处时的处时的 值定义值定义值定义值定义为为为为光斑半径光斑半径光斑半径光斑半径。光斑半径随坐标。光斑半径随坐标。光斑半径随坐标。光斑半径随坐标z z按双曲线的规律而扩按双曲线的规律而扩按双曲线的规律而扩按双曲线的规律而扩展展展展:在在在在z z=0=0 处处处处 (0)=(0)=0 0有最小值，即有最小值，即有最小值，即有最小值，即束腰，束腰，束腰，束腰，其半径即为束其半径即为束其半径即为束其半径即为束腰半径。腰半径。腰半径。腰半径。(1)z=0 的情况的情况2024/7/1216(2)z=z0 0 的情况的情况 当当当当z z=z z0 0 0 0 时，电矢量时，电矢量时，电矢量时，电矢量 E E 的表达式为的表达式为的表达式为的表达式为:上式的上式的上式的上式的相位部分相位部分相位部分相位部分表示高斯光束在表示高斯光束在表示高斯光束在表示高斯光束在 z z=z z0 0 0 0 处的波处的波处的波处的波阵面是一球面，其曲率半径为阵面是一球面，其曲率半径为阵面是一球面，其曲率半径为阵面是一球面，其曲率半径为 R R(z z0 0)，由定义式知，由定义式知，由定义式知，由定义式知:即波阵面的曲率半径即波阵面的曲率半径即波阵面的曲率半径即波阵面的曲率半径 R R(z z0 0)大于大于大于大于 z z0 0，且，且，且，且 R R 随随随随 z z 而而而而异，即作为波阵面的球面的曲率中心不在原点，而是异，即作为波阵面的球面的曲率中心不在原点，而是异，即作为波阵面的球面的曲率中心不在原点，而是异，即作为波阵面的球面的曲率中心不在原点，而是不断变化，如图所示。不断变化，如图所示。不断变化，如图所示。不断变化，如图所示。高斯光束电矢量分布z(z1)R(z1)(z2)R(z2)2024/7/1217 电矢量电矢量E的的振幅值与振幅值与z=0处相仿，中心部分最强，处相仿，中心部分最强，同时按高斯函数形式向外逐渐减弱，此时光斑尺寸为同时按高斯函数形式向外逐渐减弱，此时光斑尺寸为:从上式可知，在从上式可知，在 z=0 处的光斑尺寸最小，该点的处的光斑尺寸最小，该点的光斑尺寸光斑尺寸0为束腰尺寸，而为束腰尺寸，而(z)随随 z 增大，表示光束逐增大，表示光束逐渐发散。渐发散。高斯光束电矢量分布z(z1)R(z1)(z2)R(z2)(2)z=z0 0 的情况的情况2024/7/1218 通常以通常以2 来描述光束的来描述光束的发散角发散角，其表达式为，其表达式为:当当z=0时，时，2 0；当当z=02/时，时，；当当z 时，时，2 =2 /0 远场发散角远场发散角 通常称通常称 z=0到到z=02/的范围为的范围为准直距离准直距离，在此区间，在此区间发散角最小。发散角最小。(2)z=z0 0 的情况的情况2024/7/1219(3)(3)z z z z0 0 的情况的情况的情况的情况 与与与与 z zz z0 0 相似，它的振幅分布在相似，它的振幅分布在相似，它的振幅分布在相似，它的振幅分布在 z z z z0 0 处完全一处完全一处完全一处完全一样，只是样，只是样，只是样，只是R R(z z0 0)R R(z z0 0)，在，在，在，在z z0 0处是一个沿处是一个沿处是一个沿处是一个沿z z方向传方向传方向传方向传播的发散球面波，而在播的发散球面波，而在播的发散球面波，而在播的发散球面波，而在 z z0 0 处，则处，则处，则处，则是沿是沿是沿是沿 z z 方向传播的方向传播的方向传播的方向传播的会聚球面波会聚球面波会聚球面波会聚球面波，两者曲率半径的绝对值相等。，两者曲率半径的绝对值相等。，两者曲率半径的绝对值相等。，两者曲率半径的绝对值相等。小结：高斯光束小结：高斯光束小结：高斯光束小结：高斯光束在在在在z z 0 z z0 0 时，时，时，时，R R(z z)z z，在远场处可将高斯光束近似，在远场处可将高斯光束近似，在远场处可将高斯光束近似，在远场处可将高斯光束近似 为一个由为一个由为一个由为一个由z z=0=0 发出的半径为发出的半径为发出的半径为发出的半径为z z 的球面波的球面波的球面波的球面波.6.2 高斯光束的性质高斯光束的性质2024/7/12213.3.瑞利距离与焦深瑞利距离与焦深瑞利距离与焦深瑞利距离与焦深 当当当当 z z =z z0 0时，时，时，时，即光斑从，即光斑从，即光斑从，即光斑从 0 0增大到增大到增大到增大到 ，这个，这个，这个，这个从束腰从束腰从束腰从束腰(z z=0=0)处算起的范围叫处算起的范围叫处算起的范围叫处算起的范围叫瑞利范围瑞利范围瑞利范围瑞利范围，其长度，其长度，其长度，其长度z z0 0称为称为称为称为瑞利长度瑞利长度瑞利长度瑞利长度.6.2 高斯光束的性质高斯光束的性质 根据光束传输理论，光强最大处能量分布密度最大，光束根据光束传输理论，光强最大处能量分布密度最大，光束根据光束传输理论，光强最大处能量分布密度最大，光束根据光束传输理论，光强最大处能量分布密度最大，光束半径最小，聚焦性能也最好，偏离该处则会发生散焦。当散焦半径最小，聚焦性能也最好，偏离该处则会发生散焦。当散焦半径最小，聚焦性能也最好，偏离该处则会发生散焦。当散焦半径最小，聚焦性能也最好，偏离该处则会发生散焦。当散焦使光束半径达到使光束半径达到使光束半径达到使光束半径达到 时，相应的时，相应的时，相应的时，相应的距离范围距离范围距离范围距离范围z z=z z0 0称称称称为为为为焦深焦深焦深焦深 ，也称为，也称为，也称为，也称为准直距离，准直距离，准直距离，准直距离，即在这个范围内高斯光束可近似即在这个范围内高斯光束可近似即在这个范围内高斯光束可近似即在这个范围内高斯光束可近似认为是认为是认为是认为是平行平行平行平行的。的。的。的。其其其其值等于值等于值等于值等于瑞利长度瑞利长度瑞利长度瑞利长度的二倍，即：的二倍，即：的二倍，即：的二倍，即：焦深焦深焦深焦深 是考察散焦情况的参数，其值小表明是考察散焦情况的参数，其值小表明是考察散焦情况的参数，其值小表明是考察散焦情况的参数，其值小表明散焦严重。对一定散焦严重。对一定散焦严重。对一定散焦严重。对一定波长的光束，束腰越小则焦深越小，波长的光束，束腰越小则焦深越小，波长的光束，束腰越小则焦深越小，波长的光束，束腰越小则焦深越小，散焦越严重散焦越严重散焦越严重散焦越严重。2024/7/12224.4.远场发散角远场发散角远场发散角远场发散角 在瑞利范围以外，高斯光束迅速发散。高斯光束在瑞利范围以外，高斯光束迅速发散。高斯光束在瑞利范围以外，高斯光束迅速发散。高斯光束在瑞利范围以外，高斯光束迅速发散。高斯光束远场发散角远场发散角远场发散角远场发散角 (半角半角半角半角)一般定义为一般定义为一般定义为一般定义为 z z 时高斯光束振幅时高斯光束振幅时高斯光束振幅时高斯光束振幅减小到中心最大值减小到中心最大值减小到中心最大值减小到中心最大值1/1/e e 处与处与处与处与z z 轴的交角，即轴的交角，即轴的交角，即轴的交角，即:6.2 高斯光束的性质高斯光束的性质 由上式，由上式，由上式，由上式，束腰越细则光束发散角越大，光束发束腰越细则光束发散角越大，光束发束腰越细则光束发散角越大，光束发束腰越细则光束发散角越大，光束发散越快。散越快。散越快。散越快。2024/7/12235.5.光强与功率光强与功率光强与功率光强与功率高斯光束的光强为：高斯光束的光强为：高斯光束的光强为：高斯光束的光强为：6.2 高斯光束的性质高斯光束的性质 由上式，在任何点由上式，在任何点由上式，在任何点由上式，在任何点z z 处光强都是径向距离处光强都是径向距离处光强都是径向距离处光强都是径向距离 的高斯函数，的高斯函数，的高斯函数，的高斯函数，在轴上强度最大，为：在轴上强度最大，为：在轴上强度最大，为：在轴上强度最大，为：光功率为穿过某一面积的光强大小，由于高斯光束没有光功率为穿过某一面积的光强大小，由于高斯光束没有光功率为穿过某一面积的光强大小，由于高斯光束没有光功率为穿过某一面积的光强大小，由于高斯光束没有明显的边界，故光功率为：明显的边界，故光功率为：明显的边界，故光功率为：明显的边界，故光功率为：即，光功率为最高光强乘束腰面积值的一半。即，光功率为最高光强乘束腰面积值的一半。即，光功率为最高光强乘束腰面积值的一半。即，光功率为最高光强乘束腰面积值的一半。2024/7/12246.3 高斯光束的变换高斯光束的变换1.高斯光束的复曲率半径高斯光束的复曲率半径高斯光束的复曲率半径高斯光束的复曲率半径 将高斯光束电矢量公式改写为将高斯光束电矢量公式改写为将高斯光束电矢量公式改写为将高斯光束电矢量公式改写为:定义定义定义定义复曲率半径为复曲率半径为复曲率半径为复曲率半径为参数参数参数参数q q(z z)将高斯光束的将高斯光束的将高斯光束的将高斯光束的两个基本参数两个基本参数两个基本参数两个基本参数(z z)和和和和R R(z z)统一在一个表达式统一在一个表达式统一在一个表达式统一在一个表达式中，它是表征高斯光束中，它是表征高斯光束中，它是表征高斯光束中，它是表征高斯光束的又一个的又一个的又一个的又一个重要参数重要参数重要参数重要参数。一。一。一。一旦确定光束在某位置处旦确定光束在某位置处旦确定光束在某位置处旦确定光束在某位置处的的的的q q(z z)值，便可求出该值，便可求出该值，便可求出该值，便可求出该位置处的位置处的位置处的位置处的(z z)和和和和R R(z z)。2024/7/1225由此得出由此得出由此得出由此得出 将将将将(z z)和和和和R R(z z)的定义式代入的定义式代入的定义式代入的定义式代入q q(z z)的定义式，经运算可得的定义式，经运算可得的定义式，经运算可得的定义式，经运算可得 如果以如果以如果以如果以q q0 0=q q(0)(0)表示表示表示表示z z=0=0处的复曲率半径，并注意处的复曲率半径，并注意处的复曲率半径，并注意处的复曲率半径，并注意到到到到R R(0)(0)，(0)=(0)=0 0，则按定义式有，则按定义式有，则按定义式有，则按定义式有:1.高斯光束的复曲率半径高斯光束的复曲率半径这就是高斯光束这就是高斯光束这就是高斯光束这就是高斯光束的复曲率半径在的复曲率半径在的复曲率半径在的复曲率半径在自由空间（或均自由空间（或均自由空间（或均自由空间（或均匀各向同性介质匀各向同性介质匀各向同性介质匀各向同性介质)中的传输规律中的传输规律中的传输规律中的传输规律 (作业作业:推导此式推导此式)2024/7/12262.2.高斯光束通过薄透镜的变换高斯光束通过薄透镜的变换高斯光束通过薄透镜的变换高斯光束通过薄透镜的变换MMMM R RRR高斯光束通过薄透镜的变换高斯光束通过薄透镜的变换高斯光束通过薄透镜的变换高斯光束通过薄透镜的变换 =入射球面波入射球面波M，经，经过薄透镜后将转变过薄透镜后将转变成球面波成球面波M，有，有 强调：强调：强调：强调：高斯光束的复曲高斯光束的复曲高斯光束的复曲高斯光束的复曲率半径率半径率半径率半径q q(z z)和普通球面和普通球面和普通球面和普通球面波的曲率半径波的曲率半径波的曲率半径波的曲率半径R R(z z)有一有一有一有一样的样的样的样的形式和作用形式和作用形式和作用形式和作用。6.3 高斯光束的变换高斯光束的变换2024/7/12273.3.高斯光束通过复杂透镜的变换高斯光束通过复杂透镜的变换高斯光束通过复杂透镜的变换高斯光束通过复杂透镜的变换 高斯光束通过复杂透镜系统的变换关系，遵循高斯光束通过复杂透镜系统的变换关系，遵循高斯光束通过复杂透镜系统的变换关系，遵循高斯光束通过复杂透镜系统的变换关系，遵循ABCDABCD变换定律，表示为变换定律，表示为变换定律，表示为变换定律，表示为:q q1 1为高斯光束为高斯光束为高斯光束为高斯光束输输输输入入入入光学系统处的光学系统处的光学系统处的光学系统处的复曲率半径。复曲率半径。复曲率半径。复曲率半径。q q2 2为高斯光束为高斯光束为高斯光束为高斯光束输输输输出出出出光学系统处的光学系统处的光学系统处的光学系统处的复曲率半径。复曲率半径。复曲率半径。复曲率半径。简化光学元件的简化光学元件的简化光学元件的简化光学元件的光线变换矩阵光线变换矩阵光线变换矩阵光线变换矩阵同理，对复杂光学系统有同理，对复杂光学系统有同理，对复杂光学系统有同理，对复杂光学系统有:6.3 高斯光束的变换高斯光束的变换2024/7/1228 为使高斯光束获得良好的聚焦，通常采用为使高斯光束获得良好的聚焦，通常采用为使高斯光束获得良好的聚焦，通常采用为使高斯光束获得良好的聚焦，通常采用短焦距短焦距短焦距短焦距透镜，或者使高斯光束透镜，或者使高斯光束透镜，或者使高斯光束透镜，或者使高斯光束束腰离透镜甚远束腰离透镜甚远束腰离透镜甚远束腰离透镜甚远。在入射光束的束腰处在入射光束的束腰处在入射光束的束腰处在入射光束的束腰处L L R R R R 0 0 高斯光束的聚焦高斯光束的聚焦高斯光束的聚焦高斯光束的聚焦 0 0A AB Bl ll l 在在在在A A处处处处在在在在B B处处处处在出射光束的束腰处在出射光束的束腰处在出射光束的束腰处在出射光束的束腰处再考虑到再考虑到 解得解得当当 l f 时，有时，有6.4 高斯光束的聚焦高斯光束的聚焦2024/7/12293激光器的分类和特点激光器的分类和特点 气体激光器气体激光器气体激光器气体激光器 气体激光器是以气体或蒸汽为工作物质的激光器气体激光器是以气体或蒸汽为工作物质的激光器气体激光器是以气体或蒸汽为工作物质的激光器气体激光器是以气体或蒸汽为工作物质的激光器。可分为三大类：原子。可分为三大类：原子。可分为三大类：原子。可分为三大类：原子(如如如如He-He-NeNe)、分子、分子、分子、分子(如如如如COCO2 2)和离子和离子和离子和离子(如如如如ArAr+)气体激光器。气体激光器。气体激光器。气体激光器。特点：特点：特点：特点：谱线的波长分布区域宽，已观察到的上万条谱线覆盖了从谱线的波长分布区域宽，已观察到的上万条谱线覆盖了从谱线的波长分布区域宽，已观察到的上万条谱线覆盖了从谱线的波长分布区域宽，已观察到的上万条谱线覆盖了从紫外到红外光谱区，目前已向两端扩展到紫外到红外光谱区，目前已向两端扩展到紫外到红外光谱区，目前已向两端扩展到紫外到红外光谱区，目前已向两端扩展到X X射线波段和毫射线波段和毫射线波段和毫射线波段和毫米波波段；米波波段；米波波段；米波波段；输出光束质量高，具有良好的单色性和发散度；输出光束质量高，具有良好的单色性和发散度；输出光束质量高，具有良好的单色性和发散度；输出光束质量高，具有良好的单色性和发散度；是目前连续输出功率最大的激光器，如是目前连续输出功率最大的激光器，如是目前连续输出功率最大的激光器，如是目前连续输出功率最大的激光器，如COCO2 2激光器连续输激光器连续输激光器连续输激光器连续输出量级已达数十万瓦；出量级已达数十万瓦；出量级已达数十万瓦；出量级已达数十万瓦；与其它激光器相比，转换效率高，结构简单，造价低廉；与其它激光器相比，转换效率高，结构简单，造价低廉；与其它激光器相比，转换效率高，结构简单，造价低廉；与其它激光器相比，转换效率高，结构简单，造价低廉；被广泛应用于工农业、国防、医学和其它科研领域中。被广泛应用于工农业、国防、医学和其它科研领域中。被广泛应用于工农业、国防、医学和其它科研领域中。被广泛应用于工农业、国防、医学和其它科研领域中。2024/7/1230 固体激光器固体激光器固体激光器固体激光器 固体激光器是以固体作为激光工作物质的激光器。固体激光器是以固体作为激光工作物质的激光器。固体激光器是以固体作为激光工作物质的激光器。固体激光器是以固体作为激光工作物质的激光器。类型：类型：类型：类型：目前，实现激光振荡的固体工作物质已达百余种目前，实现激光振荡的固体工作物质已达百余种目前，实现激光振荡的固体工作物质已达百余种目前，实现激光振荡的固体工作物质已达百余种 ，如红宝石，如红宝石，如红宝石，如红宝石(CrCr3 3+:AlAl2 2O O3 3)、掺钕钇铝石榴石、掺钕钇铝石榴石、掺钕钇铝石榴石、掺钕钇铝石榴石(NdNd3 3+:YAGYAG)、钕玻璃和掺钛蓝宝石、钕玻璃和掺钛蓝宝石、钕玻璃和掺钛蓝宝石、钕玻璃和掺钛蓝宝石(TiTi3 3+:AlAl2 2O O3 3)等。等。等。等。特点：特点：特点：特点：激光谱线数千条；激光谱线数千条；激光谱线数千条；激光谱线数千条；脉冲激光能量从几千脉冲激光能量从几千脉冲激光能量从几千脉冲激光能量从几千J J到几十万到几十万到几十万到几十万J J，最高峰值功率达，最高峰值功率达，最高峰值功率达，最高峰值功率达10101313WW；随着中小功率固体激光器技术的发展，与之有关光随着中小功率固体激光器技术的发展，与之有关光随着中小功率固体激光器技术的发展，与之有关光随着中小功率固体激光器技术的发展，与之有关光学元件也相应得到发展，其中包括电光学元件也相应得到发展，其中包括电光学元件也相应得到发展，其中包括电光学元件也相应得到发展，其中包括电光QQ开关、声开关、声开关、声开关、声光光光光QQ开关、调制器、宽带调谐、倍频以及锁模技术开关、调制器、宽带调谐、倍频以及锁模技术开关、调制器、宽带调谐、倍频以及锁模技术开关、调制器、宽带调谐、倍频以及锁模技术等装置均已成熟，已形成产品系列；等装置均已成熟，已形成产品系列；等装置均已成熟，已形成产品系列；等装置均已成熟，已形成产品系列；结构紧凑、坚固可靠和使用方便等。结构紧凑、坚固可靠和使用方便等。结构紧凑、坚固可靠和使用方便等。结构紧凑、坚固可靠和使用方便等。19601960年由梅曼年由梅曼年由梅曼年由梅曼(MaimanMaiman)制制制制成世界上第一台红宝石脉冲成世界上第一台红宝石脉冲成世界上第一台红宝石脉冲成世界上第一台红宝石脉冲激光器，它标志了激光技术激光器，它标志了激光技术激光器，它标志了激光技术激光器，它标志了激光技术的诞生，从此固体激光器技的诞生，从此固体激光器技的诞生，从此固体激光器技的诞生，从此固体激光器技术获得了飞速发展。术获得了飞速发展。术获得了飞速发展。术获得了飞速发展。2024/7/1231 半导体激光器半导体激光器半导体激光器半导体激光器 半导体激光器是指以半导体材料为工作物质的一半导体激光器是指以半导体材料为工作物质的一半导体激光器是指以半导体材料为工作物质的一半导体激光器是指以半导体材料为工作物质的一类激光器。类激光器。类激光器。类激光器。特点：特点：特点：特点：超小型、重量轻，激活面积为超小型、重量轻，激活面积为超小型、重量轻，激活面积为超小型、重量轻，激活面积为0.50.5 0.50.5mmmm2 2；效率高、微分量子效率大于效率高、微分量子效率大于效率高、微分量子效率大于效率高、微分量子效率大于5050，能量转换效率大于，能量转换效率大于，能量转换效率大于，能量转换效率大于3030;波长范围宽，通常波长范围宽，通常波长范围宽，通常波长范围宽，通常谱宽在谱宽在谱宽在谱宽在0.4-1.550.4-1.55 mm之间；之间；之间；之间；使用寿命长，可达百万小时以上，即使在使用寿命长，可达百万小时以上，即使在使用寿命长，可达百万小时以上，即使在使用寿命长，可达百万小时以上，即使在6060的环境温度的环境温度的环境温度的环境温度下工作，寿命也可达下工作，寿命也可达下工作，寿命也可达下工作，寿命也可达2020万小时万小时万小时万小时以上；以上；以上；以上；普通型的发射功率在普通型的发射功率在普通型的发射功率在普通型的发射功率在1 1100100mWmW，但目前大功率半导体激，但目前大功率半导体激，但目前大功率半导体激，但目前大功率半导体激光器的发展极为迅速，一维相干的大功率半导体激光器连光器的发展极为迅速，一维相干的大功率半导体激光器连光器的发展极为迅速，一维相干的大功率半导体激光器连光器的发展极为迅速，一维相干的大功率半导体激光器连续输出已达续输出已达续输出已达续输出已达500500mWmW，二维相干列阵器件的输出功率达，二维相干列阵器件的输出功率达，二维相干列阵器件的输出功率达，二维相干列阵器件的输出功率达1 1WW 。部分相干的半导体激光器的最大输出达。部分相干的半导体激光器的最大输出达。部分相干的半导体激光器的最大输出达。部分相干的半导体激光器的最大输出达8080WW，准连续输，准连续