与普通光相比，激光束有高度的方向性、单色性、相干性和高亮度。激光束具有很高的方向性，它的发散角很小，从激光器射出的激光束基本上是沿轴向传播的。激光束好的方向性主要是由于激光器受激辐射机理和光学谐振腔对光束方向限制所决定的。因此，为了提高激光器的空间相干性，首先应限制激光器工作在单横模状态，其次还要选择合适的腔结构以提高激光束的方向性。......
2023-06-27
激光器的方向性与相干性特性分析
【摘要】：不同类型的激光器的光束方向性有很大的区别，这和激光工作物质的均匀性和种类、谐振腔、激励方式等有关。而激光的单色性相当好，以单频的氦氖激光为例，其谱线宽度已达10-7nm数量级。已知太阳光的辐射亮度约为103W/，而以一个输出功率为100mW、发射面积为1mm2、发散角为0.1mrad的氦氖激光器为例，其激光亮度为105W/，约为太阳光的100倍。光的相干性是指光波场在空间不同位置上瞬时的或统计的相位相关性质。
激光除了具有普通光的反射、折射、干涉、衍射、偏振等性质外，还有普通光不具备的突出特性，即高的方向性、高的单色性、高的亮度和高的相干性四大特性。
激光是受激辐射，且经过谐振腔的限制性选择，激光光束中的各个光子的传播方向理论上是完全一致的，当然实际激光束总存在一定的发散，但其发散角很小，一般只有毫弧度数量级。很小的发散角，说明激光的方向性很好，因此可以传播到很远的地方。不同类型的激光器的光束方向性有很大的区别，这和激光工作物质的均匀性和种类、谐振腔、激励方式等有关。气体激光器的激光工作物质为气体，均匀性好，所以方向性最好。以氦氖激光为例，其发散角可小到10-4rad数量级。而普通的光源发出的光是朝各个方向的，发散角可视为4πrad。探照灯发出的光束的发散角也要在10-1rad数量级。
单色性是指光的频率或波长的单纯程度。理想的单色光是不存在的，所以任何光的频率或波长总存在一定的范围，即有一定的谱线宽度。把某光谱线的光强度降到峰值一半所对应的频率宽度或波长宽度定义为该光谱线的谱线宽度。普通光源和太阳光的谱线宽度为几百纳米，光源氪灯发出的光的谱线宽度为10-2nm数量级。而激光的单色性相当好，以单频的氦氖激光为例，其谱线宽度已达10-7nm数量级。
光的亮度是表征一束光强弱程度的一个重要物理参量。光的亮度定义为单位面积单位立体角范围内通过的光功率，单位为W/（cm2·sr）。普通光方向性很差，发光面积大，所以光亮度很低；而激光方向性强，即发散角小，且发光面积小，所以激光的亮度非常高。已知太阳光的辐射亮度约为103W/（cm2·sr），而以一个输出功率为100mW、发射面积为1mm2、发散角为0.1mrad的氦氖激光器为例，其激光亮度为105W/（cm2·sr），约为太阳光的100倍。
光的相干性是指光波场在空间不同位置上瞬时的或统计的相位相关性质。光波场的相干性分为时间相干性和空间相干性。时间相干性是描述光束传播方向上各点的相位关系，它与光源谱线宽度（即单色性）Δv成反比。空间相干性是指空间两点在同一时刻的相干性，描述的是垂直于光束传播方向上各点之间的相位关系，与光的方向性（即发散角）有密切关系。由于激光的高单色性和高方向性，所以激光有很好的时间相干性和空间相干性。
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