激光干涉儀原理——介紹

 

    激光器顧名思義就是能發(fā)射激光的裝置。從1954年制成了第一臺微波量子放大器，獲得了高度相干的微波束。一直到現(xiàn)在，激光干涉儀的種類就越來越多。

 

    按工作介質(zhì)分，激光干涉儀可分為氣體激光干涉儀、固體激光干涉儀、半導(dǎo)體激光干涉儀和染料激光干涉儀4大類，近來還發(fā)展了自由電子激光干涉儀。

 

    其工作介質(zhì)是在周期性磁場中運(yùn)動的高速電子束，激光波長可覆蓋從微波到X射線的廣闊波段。按工作方式分，有連續(xù)式、脈沖式、調(diào)Q和超短脈沖式等幾類。

 

    除自由電子激光干涉儀外，各種激光干涉儀的基本工作原理均相同。產(chǎn)生激光的必不可少的條件是粒子數(shù)反轉(zhuǎn)和增益大過損耗，所以裝置中必不可少的組成部分有激勵(或抽運(yùn))源、具有亞穩(wěn)態(tài)能級的工作介質(zhì)兩個部分。激勵是工作介質(zhì)吸收外來能量后激發(fā)到激發(fā)態(tài)，為實(shí)現(xiàn)并維持粒子數(shù)反轉(zhuǎn)創(chuàng)造條件。

 

    激勵方式有光學(xué)激勵、電激勵、化學(xué)激勵和核能激勵等。工作介質(zhì)具有亞穩(wěn)能級是使受激輻射占主導(dǎo)地位，從而實(shí)現(xiàn)光放大。

 

    激光干涉儀中常見的組成部分還有諧振腔，但諧振腔(見光學(xué)諧振腔)并非必不可少的組成部分，諧振腔可使腔內(nèi)的光子有一致的頻率、相位和運(yùn)行方向，從而使激光具有良好的方向性和相干性。而且，它可以很好地縮短工作物質(zhì)的長度，還能通過改變諧振腔長度來調(diào)節(jié)所產(chǎn)生激光的模式(即選模)，所以一般激光干涉儀都具有諧振腔。

 

    激光干涉儀原理——結(jié)構(gòu)

 

    激光干涉儀一般包括三個部分。

 

    Ⅰ：激光工作介質(zhì)

 

    激光的產(chǎn)生必須選擇合適的工作介質(zhì)，可以是氣體、液體、固體或半導(dǎo)體。在這種介質(zhì)中可以實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，以制造獲得激光的必要條件。顯然亞穩(wěn)態(tài)能級的存在，對實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)世非常有利的。現(xiàn)有工作介質(zhì)近千種，可產(chǎn)生的激光波長包括從真空紫外道遠(yuǎn)紅外，非常廣泛。

 

    Ⅱ：激勵源

 

    為了使工作介質(zhì)中出現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，必須用一定的方法去激勵原子體系，使處于上能級的粒子數(shù)增加。一般可以用氣體放電的辦法來利用具有動能的電子去激發(fā)介質(zhì)原子，稱為電激勵;也可用脈沖光源來照射工作介質(zhì)，稱為光激勵;還有熱激勵、化學(xué)激勵等。各種激勵方式被形象化地稱為泵浦或抽運(yùn)。為了不斷得到激光輸出，必須不斷地“泵浦”以維持處于上能級的粒子數(shù)比下能級多。

 

    Ⅲ：諧振腔

 

    有了合適的工作物質(zhì)和激勵源后，可實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，但這樣產(chǎn)生的受激輻射強(qiáng)度很弱，無法實(shí)際應(yīng)用。人們就想到了用光學(xué)諧振腔進(jìn)行放大。所謂光學(xué)諧振腔，實(shí)際是在激光干涉儀兩端，面對面裝上兩塊反射率很高的鏡。一塊幾乎全反射，一塊光大部分反射、少量透射出去，以使激光可透過這塊鏡子而射出。被反射回到工作介質(zhì)的光，繼續(xù)誘發(fā)新的受激輻射，光被放大。因此，光在諧振腔中來回振蕩，造成連鎖反應(yīng)，雪崩似的獲得放大，產(chǎn)生強(qiáng)烈的激光，從部分反射鏡子一端輸出。