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光子(photons) 定义：光能量的量子。 相关词条：非经典光受激辐射光子计数声子自发辐射 当一束很弱的光束进入一个很灵敏的光电探测器，可以发现能量是以小束的形式传播的，而不是连续的。这可以解释成光束包含了一束束的能量，称为量子或者光量子。光子能量为h ν = h c / λ，即普朗克常数h与光频率ν的乘积。在二十世纪，Max Planch处理热辐射问题中就采用了光包含能量束的观点，Albert Einstein在研究光电效应时也利用了这一观点。光子则是在1926年物理化学家 Gilbert N. Lewis定义的。  将光子看做光的粒子可以帮助理解许多量子现象，但是如果不了解其限制因素则很容易得出错误的结论。现代量子光学给出了非常自洽的、但是不是很简洁的对光的本性的描述。这里将光子看做量子化电磁场的元激发。这一理论框架下光子的性质比较特别，不能采用简单的粒子图像或者纯波动图像来解释。  光子的一些关键性质  量子理论不仅能应用到可见光中，它还可以应用到任意的电磁波现象中。但是在射频技术中，量子效应并不像在光学和激光器技术中这么重要。这是因为射电波的光子能量与其室温下的热能相比很小，而光学现象中则刚好相反。  在激光物理中，常见的现象是光子在介质中传播，例如，透明晶体或者玻璃，以及激光增益介质。这时严格来说称为光子就不合适了，因为电磁波会与介质发生相互作用，因此传播的是准粒子，有时称为极化激元，类似于电磁场的激发态与极化介质耦合的产物。 

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定义：将功率或者能量分解成不同波长或者频率。 相关词条：功率谱密度光谱仪光梳带宽 光源或者一些光束的光谱（或辐射谱）或者包含了能量和功率在不同波长中分布的信息。通常它是用图表的形式表示，给出了功率谱密度随波长或者光功率之间的关系曲线。图1就是一个例子，给出了超连续光源的数值模拟光谱。单频激光器的光谱不同于图中的宽谱，是由非常窄的线表征，极限情况下线宽仅为1Hz量级，对应的波长范围只有约≈ 3 •10−12 nm（中心波长为1微米）。其它的激光器包含多条线，有的具有很大的带宽（尤其是超短脉冲的锁模激光器），约为100 nm，具有频率梳结构。  图1：数值模拟超连续光源。参阅词条超连续产生得到更多细节。  可以采用不同类型的光谱仪来接收光谱，它们适用的光谱范围及光谱分辨率都是不同的。  光谱与光的时间相干特性密切相关。例如，由时间相干方程可以得到光谱。光谱还与电场的傅里叶变化有关，但是后者大多数情况下不能直接得到。因此，也称为光场的傅里叶光谱。  光学带宽  光学带宽就是指光谱的宽度。具有不同的定义，常用的是半高全宽（FWHM）。  具有线结构的光谱  有些光源的光谱非常平坦，例如白炽灯，光二极管或者超发光光源。而有些光源的谱中包含相距很近的窄线，只能从具有足够高光谱分辨率（小的分辨率带宽）的光谱仪中能够看到。例如，连续光激光器辐射多模光束，并且只辐射基本谐振腔模式时，光谱中的线是几乎是等间距的，并且间距等于谐振腔往返时间的倒数，在MHz或者GHz范围。如果激光器同时辐射高阶横模，那么光谱中存在附加的线，这时光谱会更加紧密并且是不等间距的。但是任意的锁模激光器都会产生等间距的频率梳光谱，同时光谱中还存在较弱的激光器噪声。 

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定义：单位面积的光功率。 相关词条：强度噪声亮度高斯光束激光光束激光诱导损伤 激光光束的光强I，是单位面积的光功率，这时假设光束穿过一个与传播方向垂直的假想的平面。光强的单位为W/m2或W/cm2。光强是光子能量与光通量的乘积。  对于单色光波，例如平面波或者高斯光束，强度与电场振幅之间的关系为：  其中vp为相速度，c为真空光速，n是折射率。在不考虑拍音的情况下，非单色光波的强度分布是不同空间成分的简单相加。  以上方程并不是对于任意电磁场都成立。例如，衰逝场具有有限的电场振幅但是不能传输任何能量。因此需要将光强定义为坡印廷矢量的幅值。  如果激光光束的强度截面为平顶形状（即在某一区域强度为常数，其它地方强度为0），那么强度就是总功率除以光束面积。对于高斯光束，如果功率为P，光束半径为w，那么峰值强度为：  是常采用的值的两倍。将该方程对整个光束面积积分就得到总功率。  激光器中的高阶横向谐振腔模式被激发后，得到多模激光光束，由于各模式间的相对相位是随时间变化的，因此强度的横截面也会发生变化。这时峰值强度可能位于离光束轴一段距离的位置。  强度通常用到一些非定量的不精确的地方，与光功率没有严格的区分。例如，强度噪声通常是指光功率的噪声（涨落）。  在下列情况下需要考虑光强：  光束质量分析仪可以用来测量激光光束强度截面的形状。 

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定义：激光光束与谐振腔或者波导模式的电场分布是完全的空间匹配。 相关词条：模式腔衍射极限光束激光光束 在很多情况下，需要将激光光束与另一光束或模式严格匹配从而可以得到有效的耦合。例如：  模式的匹配不仅要求强度截面在空间上是交叠的，还需要相位截面也是匹配的。如果两光束的复振幅在某一平面上完全匹配，那么在传播过程中会始终保持匹配的。可以采用合适的替续光学系统实现模式匹配（通常是一些曲面镜或透镜的组合），但是前提是初始光束的光束质量接近于衍射极限。  数学上，模式匹配量可以由以下交叠积分定量表示：  其中 E1和E2 是平面上的复电场，代表一束激光光束和谐振腔或者波导模式的场，积分区域为整个光束截面。该积分比值在自由空间中传播时保持不变。  以上的交叠积分在计算模式振幅时非常重要。在许多情况下，例如将光功率耦合进某一模式时，需要计算以上交叠积分的平方。  如果光束来自于频率可调谐的单频激光器，射向对称的法布里-珀罗干涉仪，如果把激光频率在谐振腔的整个自由光谱范围内调谐，那么可以利用得到的透射光分析模式匹配的程度。当与腔模式完全匹配时（通常是基模，即高斯模式），并且满足共振条件时，就能得到谐振腔完全的透射，此时不会激发其它共振模式。

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定义：振荡相位随时间的微分除以2π。 相关词条：频率噪声线宽啁啾光谱图 在描述非单色信号时需要用到瞬时频率，它的定义式为：  也就是振荡相位 φ对时间的微分。（除去因子 1/2π，就得到瞬时角频率。）与傅里叶频率不同的是，瞬时频率通常与时间有关。正弦信号的瞬时频率是常数等于振荡的频率。  图1：强上啁啾脉冲的电场，其中瞬时频率随时间增加而增大。  在考虑频率噪声和相位噪声时，瞬时频率非常重要，它也经常用于啁啾光脉冲（图1），其瞬时频率与时间有关。基本思想比傅里叶频率要更加直观。在音乐中也有相同的概念：乐谱中将音符表示为时间间隔，每一个间隔内的瞬时频率为一个定值（对应于音调）。然而，这一概念对于复杂的信号，例如白噪声，就出现问题了。在激光器中，很容易对单频激光器定义瞬时频率，而对于多模激光器，则首先需要将各个不同频率组分分离开（采用滤波技术），然后才能得到瞬时频率。在啁啾光脉冲中瞬时频率概念也是很有用处的，其中不同脉冲的瞬时频率是不同的。  振荡信号的傅里叶光谱并不代表瞬时频率的概率分布，因此采用这一光谱测量的线宽也不是瞬时频率的均方根值。瞬时频率域傅里叶频率之间的关系更加复杂和微秒。  瞬时频率随时间的变化可以根据光谱图的出来。但是，仅仅一个瞬时频率随时间变化的曲线并不能给出全部变化信息。  测量瞬时频率  电子信号（例如，拍音）的瞬时频率可以由锁相环路（PLL）得出，环路包含一个电压控制振荡器（VCO）和反馈系统的鉴相器使VCO与入射信号同步。VCO的入射信号可以测量瞬时频率。 这一方案的原理也可以运用到相位跟踪器软件中，来测量记录信号的瞬时频率。这一方案很简单但是也有一些缺点，尤其是其有限的带宽，存在延迟响应。快速傅里叶变换方法更加强大，但是也会更加复杂。

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