激光谐振腔设计

对于低介电常数（2～5）、低损耗的介电陶瓷是用谐振腔法测试准确还是用波导法测试准确？谢谢！！

作者：swordmean 导师：金庸 专业：光电子 摘要：六脉神剑具有广阔的应用前景，本文从激光原理出发，论证了生物激光的可行性及实现的办法，在人类进化事业中，具有十分重大的意义。 背景：与传统的武功，如降龙十八掌，九阳真经等相比，六脉神剑是一种威力极强的武功，具有操作简单，响应时间快，杀伤力大（功率密度大），效率高， 使用范围远等优点，因此为广大的武学名家所觊觎，但是由于大理段氏将这门武 功列为绝密档案，而且存在修炼困难等问题，六脉神剑的产生原理，始终是武林 中的一个谜，作者从事激光器理论研究多年，终于凭借两条基本假设，解决了生 物激光产生中的若干困难问题。并提出了一种快速修炼六脉神剑的方法，本文的 发表，具有划时代的意义。 从激光原理看六脉神剑的产生机制 公理1：真气是一种类似于等离子体的物质形态 公理2：真气和激光都可以在经脉中传输 六脉神剑其实是一种小功率的生物激光武器，这从六脉神剑的效果上可以看出来，但是，这种生物激光，还存在很多亟待解决的问题，如传输损耗过大，非基模激射等缺点，这大大影响六脉神剑的威力。从激光原理看，激光的激射需要两个条件：粒子数反转和谐振腔的形成。我们先研究六脉神剑产生粒子数反转的原理，因为在丹田中，存在大量的真气，一般来说，这些真气以等离子体的形式存在，但是对于武学名家，可以通过修炼，将这些等离子体，积累并释放出来，一般来说，释放的速度越快，能量越高，则武功的威力也越大，降龙十八掌就是通过长时间的积累，将这些真气积累至顶峰时释放出来，因此产生出巨大的功率密度。而九阳神功，则是指导如何提高这种等离子态的真气的容量和衰减时间的方法。 如果在丹田内产生某种势场，导致大量的等离子的原子结构发生变化，就可能使这些基态的等离子体转化为激发态，再通过跃迁释放出光能，因此，从原理上说，六脉神剑与其他的武功是截然不同的。导致基态原子激发的势场，是由等离子体分布不同而产生的磁场，导致等离子体激发的这种势场，在激光原理中，这被称为泵浦。一般的武功，恰好忽略了这种非均匀势场的作用。通过泵浦，我们就实现了粒子数反转，在大量的粒子数反转的条件下，就可能产生激光。 下面我们再看谐振腔的形成，这与真气的运行路线有密切的关系，鉴于以上讨论的粒子数反转条件只能在丹田内完成，这种生物激光器的谐振腔也在丹田内， 同样可以通过控制周围势场的形状来限制跃迁产生的光在丹田中的分布，而光场 的分布，影响了激光的质量，决定了激光器是单模激射和多模激射，有经验的精 通六脉神剑的天龙寺长老，能够同时控制多个激射波长，但是由于多模激射的势 场太过于复杂，难于控制，大部分人，如枯容大师，段正明等，只能单波长激射，由于传输问题，这种单模激光很容易发散，若以这种发散的激光输出，就只能练成一指。段誉能够练成六脉神剑的主要原因，完全是因为北冥神功这种奇异的武功的出现，首先，通过北冥神功积累了大量的真气，因此，为粒子数反转提供了强大的泵浦，大大提高了粒子反转数密度。其次，北冥神功本来就是吸取别人的内力，因此，它的势场分布，与一般的武功完全不同，恰好符合谐振腔的谐振条件，不需要像其他人那样通过外力来强行控制真气场的形状，因此，段誉可以轻而易举的练成六脉神剑，但是，这种北冥神功的真气场 ，和真正的谐振腔条件，还是具有一定的差别，因此，段誉的这种激光激射，并不是时时都能够产生，需要一定的矫正，可惜的是，能够同时知道北冥神功和六脉神剑的，世间上唯有段誉一人，而段誉是看图学成的，又对二者的关系完全不明白，因此，段誉的六脉神剑具有很大的限制性，这一点，就算是帮助段誉研究过的萧峰，也不明白，因为他不知道六脉神剑真正的输出是激光而不是真气。 从以上分析可以看出，谐振腔的形成和粒子数反转，也是六脉神剑这种生物激光的基本原理，从这个原理来看，除了北冥神功外，吸星大法和明玉神功，也有类似的作用。 下面再讨论激光在人体中的传输和激射过程。从一般的武功来看，真气传输的通道是经脉，六脉神剑的光传输也是这样的，提供真气运行通道的经脉，同时也是激光传输的光波导，否则，以北冥神功这种强大的泵浦产生的激光，早就对人体产生了伤害。在这里，我们假设经络实际上是一个类似于光纤的波导。从后面的论证中可以看出，这个假设是正确的。由于光波导的截至频率为0，因此，也适合于一般真气的传输，而在传输中一般真气没有发生泄漏，是因为外层波导的禁带宽度大，对传输中的真气构成了势垒，因此，除了少量的真气通过隧穿逸出外，大量的真气都可以达到终点。 由于经络既是真气传输的通道，又是光波导，从这个意义上，这一段波导不仅仅是光传输的通道，而且是一段光纤放大器，光在经络中传输的同时。还能获得增益，这就大大提高了输出光功率，我们可以把这一段光波导近似成EDFA，由 理论计算可知，若增益越大，EDFA的长度越长，所获得的增益就越大。 也许会有人怀疑六脉神剑是生物激光的真实性，因为真正的单模激光器的光传输距离是很长的，而六脉神剑就要差一点，这一点前面实际上已经提到过。六脉神剑其实是一种小功率的生物激光武器，这从六脉神剑的效果上可以看出来，但是，这种生物激光，还存在很多亟待解决的问题，如传输损耗过大，非基模激射等缺点，这大大影响六脉神剑的威力。由于一般的泵浦是依靠改变磁场分布来形成的，因此难于获得较大的泵浦，就算是北冥神功，因为势场分布和谐振腔条件的微小差异，也会导致输出功率的大大下降，但是我们有理由相信，通过理论计算，我们可以使北冥神功的真气场完全符合谐振腔条件，这时的六脉神剑， 威力将以数倍的提高。 其次，从大理段氏的六脉神剑来看，都是从手指上发出，他们对激光原理的了解还不是很深入，因此输出的激光，都不是基模激射，从激光原理可知，高阶模的激光光斑面积大，但是功率密度，强度等，都要比基模激光要差，因此，六脉神剑还有改进的余地。 再次：空气对激光的损耗是十分大的，由于散射，吸收等作用，空气对激光的损耗非常大，而且从实验结果来看，六脉神剑的输出激光波长，极有可能在紫外光波段，并不是在空气的损耗系数最小的范围内，再加上非基模激射，因此段誉的六脉神剑，威力远远比理论值要低。 针对以上的分析，我提出的快速修炼六脉神剑的方法有两种： 1.先修北冥神功，吸星大法或明玉功，推荐北冥神功。 2.首先通过理论计算和实验分析，通过ansys模拟出丹田中的真气场分布，在再加以修炼另外，六脉神剑还有许多需要改进的地方，如选择合适的波长，实现纯基模输出，降低输出损耗和阈值真气密度等，有兴趣的读者可以自行分析。 总结：六脉神剑其实是一种人体内的一种生物激光器，随着对真气性能的深入研究，我们相信，我们最终会在广大的中国人民身上普及，将来的战争，将不 再是以科技取胜，决定战争胜负的最重要的因素，将会是参战的人数，我们有理 由相信，中国将会是世界上最强大的国家。最后，希望这种生物激光器，能够最 快的应用到 PLA中去，这将对台湾当局产生强大的威慑力，为和平解决台湾问题 带来新的希望。 参考文献： 天龙八部－－三联出版社（盗版） 激光原理－－清华大学电子工程系 集成光电子和生物电子学导论－－清华大学电子工程系

实际应用的激光器种类很多，如以组成激光器的工作物质来说可分为气体激光器、液体激光器、固定激光器、半导体激光器、化学激光器等。在同一类型的激光器中又包括有许多不同材料的激光器。如固体激光器中有红宝石激光器、钇铝石榴石（Nd：YAG）激光器。气体型的激光器主要有He-Ne（氦－氖）、CO2及氩离子激光器等。由于工作物质不同，产生不同波长的光波不同，因而应用范围也不相同。最常用而范围广的有CO2laser及Nd：YAG激光。有的激光器可连续工作，如He-Ne laser；有的以脉冲形式发光工作。如红宝石激光。而另一些激光器既可连续工作，又可以脉冲工作的有CO2laser及Nd：YAG laser。 　　（一）固体激光器　　实现激光的核心主要是激光器中可以实现粒子数反转的激光工作物质（即含有亚稳态能级的工作物质）。如工作物质为晶体状的或者玻璃的激光器，分别称为晶体激光器和玻璃激光器，通常把这两类激光器统称为固体激光器。　　在激光器中以固体激光器发展最早，这种激光器体积小，输出功率大，应用方便。由于工作物质很复杂，造价高。当今用于固体激光器的物质主要有三种：掺钕铝石榴石（Nd：YAG）工作物质，输出的波长为1.06μm呈白蓝色光；钕玻璃工作物质，输出波长1.06μm呈紫蓝色光；红宝石工作物质，输出波长为694.3nm，为红色光。主要用光泵的作用，产生光放大，发出激光，即光激励工作物质。　　固定激光器的结构由三个主要部分组成：工作物质，光学谐振腔、激励源。聚光腔是使光源发出的光都会聚于工作物质上。工作物质吸收足够大的光能，激发大量的粒子，促成粒子数反转。当增益大于谐振腔内的损耗时产生腔内振荡并由部分反射镜一端输出一束激光。工作物质有2条主要作用：一是产生光；二是作为介质传播光束。因此，不管哪一种激光器，对其发光性质及光学性质都有一定要求。　　（二）气体激光器　　工作物质主要以气体状态进行发射的激光器在常温常压下是气体，有的物质在通常条件下是液体（如非金属粒子的有水、汞），及固体（如金属离子结构的铜，镉等粒子），经过加热使其变为蒸气，利用这类蒸气作为工作物质的激光器，统归气体激光器之中。气体激光器中除了发出激光的工作气体外，为了延长器件的工作寿命及提高输出功率，还加入一定量的辅助气体与发光的工作气体相混合。　　气体激光器大多应用电激励发光，即用直流，交流及高频电源进行气体放电，两端放电管的电压增压时可加速电子，带有一定能量，在工作物质中运动的电子与粒子（气体的原子或分子）碰撞时将自身的能量转移给对方，使分子或原子被激发到某一高能级上而形成粒子数反转，产生激光。气体激光器与固体激光器相比较，两者中以气体激光器的结构相对简单得多，造价较低，操作简便，但是输出功率常较小。因气体激光器中的工作物质不同。因此分中性（惰性）原子、离子气体、分子气体三种激光器。　　中性原子气体激光器这类激光器中主要充有以惰性气体（氦、氖、氩、氪等）的物质。　　氦－氖（He-Ne）激光器 首台氦－氖激光器诞生于1960年，它可以在可见光区及红外区中产生多种波长和激光谱线，主要产生的有632.8nm红光、和1.15μm及3.39μm红外光。632.8nm氦－氖激光器最大连续输出功率可达到一W，寿命也达到一万小时以上。借助调节放大电流大小，使功率稳定性达到30秒内的误差为0.005％，十分钟内的误差为0.015％的功率稳定度；发散角仅为0.5毫弧度。氦氖激光器除了具有一般的气体激光器所固有的方向性好，单色性好，相干性强诸优点外，还具有结构简单、寿命长、价廉、频率稳定等特点。氦氖激光在精确指示，激光测量，医疗卫生方面有很广泛的用途。　　氦氖激光器的工作原理：氦氖激光器的激光放电管内的气体在涌有一定高的电压及电流（在电场作用下气体放电），放电管中的电子就会由负极以高速向正极运动。在运动中与工作物质内的氦原子进行碰撞，电子的能量传给原子，促使原子的能量提高，基态原子跃迁到高能级的激发态。这时如有基态氖原子与两能级上的氦原子相碰，氦原子的能量传递给氖原子，并从基态跃迁到激发的能级状态，而氦原子回到了基态上。因为放电管上所加的电压，电流连续不断供给，原子不断地发生碰撞。这就产生了激光必须具备的基本条件。在发生受激辐射时，分别发出波长3.39μm，632.8nm，1.53μm三种激光，而这三种激光中除632.8nm为可见光中的红外，另二种是红外区的辐射光。因反射镜的反射率不同，只输出一种较长的光波632.8nm的激光。　　He-Ne激光器结构：此类激光器的结构大体可分为三部分，既放电管、谐振腔和激发的电源。现在临床上最常应用的为内腔式。　　He-Ne激光的放电管，最外层是用硬质玻璃制成。放电的内管直径约2～3mm，管长几厘米到十几厘米，放电管越长功率越大，相应的放电电压就高。管内主要按5：1～10：1的比例充入氦氖混合气体达到总气压约2.66～3.99Pa。管的一端装有铝圆筒作阴极（其圆管状结构主要是为了减少放电测射），另一端装有钨针作阳极，放电管两端装有反射镜（即一头为全反射镜，出光一端为半反射镜）。这就构成了激光放电管。　　在氦氖激光器中，采用的谐振腔有球面腔或平凹腔。一般腔镜内侧镀有高反射率的介质。在其中一端反射率为100％，另一端反射率由激光器的增益而定。放电毛细管长度约15～20cm，He-Ne激光器的半反射镜的半反射镜的反射率98.5％～99.5％。谐振腔的轴线和放电毛细管轴偏离不超过0.1mm。　　He-Ne激光器的外界激励能源与固体激光器不相同，不能使用光泵激励，而采用电激励的方法。把工作物质封入放电管中，供以直流、交流及射频等方式激励气体放电。通过放电过程把能量传给工作物质，促使气体中的离子、原子被激发。医疗中使用的激励方法主要是以直流电激发出光。大体结构主要有高压变压器、整流与滤波回路、限流与稳流回路组成。