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與雷射有關的光學元件與原理

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與雷射有關的光學元件與原理. 電磁波在介面的反射 (Reflection) 與折射 (Refraction) 司乃耳定律 (Snell’s Law) 反射係數 (Coefficient of Reflection) 與反射率 (Reflection Rate) 全反射 (Total Reflection) 布魯斯特角 (Brewster Angle) 雷射管設計 多層膜 (Multi-layers) 鏡面設計 光波極性控制 雙折射晶體 (Birefringence Crystal), 稜鏡 (Prism Polarizor),

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slide1
與雷射有關的光學元件與原理
  • 電磁波在介面的反射 (Reflection) 與折射 (Refraction)
  • 司乃耳定律 (Snell’s Law)
  • 反射係數 (Coefficient of Reflection) 與反射率 (Reflection Rate)
  • 全反射 (Total Reflection)
  • 布魯斯特角 (Brewster Angle)
  • 雷射管設計
  • 多層膜 (Multi-layers) 鏡面設計
  • 光波極性控制

雙折射晶體 (Birefringence Crystal), 稜鏡 (Prism Polarizor),

半波鏡 (Half-wave Plate), 法拉第旋轉器 (Faraday Rotator), Pockel Cell

  • 光波長選擇器

稜鏡 (Prism), 光柵 (Grating), Fabry-Perot 干涉儀

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雷射以及其發展過程

  • 雷射特性
  • 電磁波譜
  • 光的二元性 (Duality)
  • 球面波 (Spherical Wave)
  • 同調時間 (Coherent Time)
  • 同調長度 (Coherent Length)
  • 光子概念 (Photon)
  • 量子能階 (Energy Level) 與能階躍遷 (Transition) 的概念
  • 基態 (Ground State) 與激發態 (Excited State)
  • 自發輻射 (Spontaneous Emission)
  • 誘發輻射 (Stimulated Emission)
  • 愛因斯坦關係式 (Einstein Relations)
  • 能態生命期 (Lifetime)
slide3

光訊放大

  • 雷射介質的光吸收 (Absorption) 與放射 (Emission)
  • 光增益 (Gain) 與損失 (Loss)
  • 波茲曼分佈 (Boltzman Distribution)
  • 愛因斯坦關係式 (Einstein Relations)
  • 居量反轉 (Population Inversion)
  • 三與四能階系統 (Three or Four-Level System)
  • 二能階系統 (Two-Level System)
  • 活化雷射介質的方法
  • 光激法 (Optical Pumping), 放電法 (Electrical Discharge),
  • 化學反應法 (Chemical Reaction), 氣體動力法 (Gas Dynamic),
  • 電偏壓法 (Voltage Bias)
  • 光增益的量測
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光學共振腔設計

  • 何謂光學共振腔 (Optical Resonator)?

為何又稱為光學振盪器 (Optical Oscillator)?

  • 光學共振腔設計如何分類 ? 並比較其優缺點 .
  • 如何設計穩定共振腔 (Stable Resonator)?
  • 共振腔中使用的鏡片 : Total Reflector & Output Coupler ,

其特色與規格要求為何 ?

  • 根據光學原理 , 穩定共振腔中電磁波可存在的數學形式為何 ?
  • 共振腔中橫軸振動模式 (Mode) 以TEMmn表示 , 試寫出

TEM00 , TEM10 , TEM20,的數學形式 . 並畫出其截面圖形 .

  • 非穩定共振腔 (Unstable Resonator) 的使用時機為何 ?
  • 環狀共振腔 (Ring Resonator) 的特性與運用時機為何 ?
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雷射輸出波長與時間控制

  • 簡介控制雷射輸出波長的方法 :

選擇性鍍膜 (Coating) , 錂鏡法 (Prism), 光柵法 (Grating)

  • 分佈函數 (Distribution Function) 與以下譜線寬化

(Line Shape Broadening) 機制的關係為何 :

都卜勒 (Doppler) 寬化 , 碰撞 (Collision) 寬化 , 生命期 (Lifetime) 寬化

  • 解釋何謂均勻 (homogeneous)寬化與非均勻 (inhomogenous) 寬化
  • 如何控制雷射單頻輸出 (Single Frequency Output) :

雙重光腔法 (Dual Resonator) , 法布里-培絡 (Febry-Perot) 干涉儀

  • 介紹產生脈衝雷射的機制 :

Q調制 (Q-switch) , 鎖模 (Mode-Locking)

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各型雷射介紹

  • 氣體雷射 (Gas Laser)

原子雷射 : 氦氖雷射

離子雷射 : He-Cd 離子雷射 , Ar+ 雷射

分子雷射 : 二氧化碳雷射 , 氮氣雷射 , HF雷射 ,

Eximer (ArF, XeCl, Ar2*, Kr2*, Xe2*) 雷射

  • 固體雷射 (Solid State Laser)

半導體雷射 (Semiconductor Laser)

紅寶石雷射 (Ruby Laser)

銣離子雅各雷射 (Nd:YAG Laser)

  • 液體雷射 (Liquid Laser)

染料雷射 (Dye Laser)