激光原理简要讲解教学提纲.ppt

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1、激光原理简要讲解LASER(Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation)辐射的受激发射的光放大辐射的受激发射的光放大激光是激光是激光是激光是2020世纪世纪世纪世纪的四项重大的的四项重大的的四项重大的的四项重大的发明之一发明之一发明之一发明之一激光发展历史激光发展历史C.H.TownesC.H.TownesA.M.ProkhorovA.M.Prokhorov N.G.BasovN.G.Basov 汤斯1954年在量子电子学研究中实现了氨分子的粒子数反转，研制了微波激射器和激光器；普罗霍洛夫和巴索夫1958年几乎同时在量子电子学

2、的基础研究中，根据微波激射器和激光器原理研制了振荡器和放大器。以上工作导致了激光器的发明。The Nobel Prize in Physics 19641、激光发明理论基础可以追溯到1917年，著名的物理学家爱因斯坦在研究光辐射与原子相互作用的时候发现，除了受激吸收和自发辐射跃迁过程外，还存在受激辐射跃迁过程。2、1960年7月，世界第一台红宝石固态激光器问世，标志了激光技术的诞生。3、1961年2月（A.Javan）研制成了HeNe混合气体激光器1962年，美国三个研究小组几乎同时分别发布砷化镓（GaAs）半导体激光器运转的报道。4、仅19611962年间世界各国发表的激光方面的论文达200

3、篇以上。5、1963年建立了激光的半经典理论。对激光的频率特性和功率特性进行了比较完善的探讨。激光发展历史激光发展历史5、1965年实现了铌酸锂光学参量振荡器，借助半经典理论预言了锁模效应的存在。6、1966年研制成了固体锁模激光器获得了超短脉冲。7、1967年研制成了射线激光器。8、1970年研制成了准分子激光器。9、1977年研制成了红外波段的自由电子激光器（FEL）10、1984年研制出光孤子激光器（SL）11、1961年8月，中国第一台红宝石激光器问世。中国科学院长春光学精密机械研究所研制成功。12、1987年6月，1012W的大功率脉冲激光系统神光装置，在中国科学院上海光学精密机械研

4、究所研制成功。神光I、神光II、神光III激光发展历史激光发展历史1986 神光I 装置的两路激光系统激光发展历史激光发展历史n产生激光的必要条件产生激光的必要条件1.实现粒子数反转.使原子被激发.要实现光放大 工作物质工作物质工作物质工作物质 光学谐振腔光学谐振腔光学谐振腔光学谐振腔激励能源激励能源激励能源激励能源 激激激激光光光光构构构构造造造造三三三三要要要要素素素素 激光器基本原理激光器基本原理激励能源激励能源增益介质增益介质谐振腔谐振腔谐振腔谐振腔全反全反全反全反射镜射镜射镜射镜部分部分部分部分 反射镜反射镜反射镜反射镜(99(99)谐振腔，增益介质，激励能源。1.基本构成部分2.激

5、光的形成光束在谐振腔内来回振荡，在增益介质中的传播使光得以放大，并输出激光。激光器基本原理激光器基本原理（一）自发辐射（一）自发辐射（一）自发辐射（一）自发辐射 受激辐射受激辐射受激辐射受激辐射1 1、自发辐射、自发辐射、自发辐射、自发辐射 原子在没有外界干预的情况下,电子会由处于激发态的高能级E2自动跃迁到低能级E1,这种跃迁称为自发跃迁.由自发跃迁而引起的光辐射称为自发辐射。.发光前发光前.。发光后发光后自自发发辐辐射射激光器基本原理激光器基本原理2 2、受激吸收、受激吸收、受激吸收、受激吸收 原子吸收外来光子能量hn,并从低能级E1跃迁到高能级E2,且E2-E1=hn,这个过程称为受激吸

6、收。吸收后吸收后。.吸收前吸收前.受激吸收受激吸收激光器基本原理激光器基本原理3 3、受激辐射、受激辐射、受激辐射、受激辐射由受激辐射得到的放大了的光是相干光，称之为由受激辐射得到的放大了的光是相干光，称之为由受激辐射得到的放大了的光是相干光，称之为由受激辐射得到的放大了的光是相干光，称之为激光激光激光激光。原子中处于高能级E2的电子,会在外来光子(其频率恰好满足hn=E2-E1)的诱发下向低能级E1跃迁,并发出与外来光子一样特征的光子,这叫受激辐射。.。发光前发光前发光前发光前 发光后发光后发光后发光后受激辐射的光放大受激辐射的光放大受激辐射的光放大受激辐射的光放大示意图示意图示意图示意图激

7、光器基本原理激光器基本原理（二）激光原理（二）激光原理（二）激光原理（二）激光原理1 1、粒子数正常分布和粒子集居数反转分布、粒子数正常分布和粒子集居数反转分布、粒子数正常分布和粒子集居数反转分布、粒子数正常分布和粒子集居数反转分布N N1 1 N N2 2表表表表明明明明 ,处处处处于于于于低低低低能能能能级级级级的的的的电电电电子子子子数数数数大大大大于于于于高高高高能能能能级级级级的的的的电电电电子子子子数数数数，这这这这种种种种分分分分布布布布叫叫叫叫做做做做粒粒粒粒子子子子数数数数的的的的正正正正常常常常分分分分布布布布。N N2 2 N N1 1叫叫叫叫做做做做粒粒粒粒子子子子集集

8、集集居居居居数数数数反反反反转转转转，简简简简称称称称粒子数粒子数粒子数粒子数反转或称反转或称反转或称反转或称集居数反转集居数反转集居数反转集居数反转。粒子数的正常分布粒子数的正常分布粒子数的正常分布粒子数的正常分布.。粒子数反转分布粒子数反转分布粒子数反转分布粒子数反转分布.。激光器基本原理激光器基本原理 从外界输入能量（如光照从外界输入能量（如光照从外界输入能量（如光照从外界输入能量（如光照,放电等）放电等）放电等）放电等）,把低能级把低能级把低能级把低能级上的原子激发到高能级上去上的原子激发到高能级上去上的原子激发到高能级上去上的原子激发到高能级上去,这个过程叫做这个过程叫做这个过程叫做

9、这个过程叫做激励激励激励激励（也（也（也（也叫泵浦叫泵浦叫泵浦叫泵浦-pump-pump）.红宝石中铬离子能级示意图.。基态亚稳态激发态激光器基本原理激光器基本原理2 2、光学谐振腔、光学谐振腔、光学谐振腔、光学谐振腔 激光的形成激光的形成激光的形成激光的形成 光在粒子数反转的工作物质中往返传播，使谐振腔内的光子数不断增加,从而获得很强的光,这种现象叫做光振荡。加强光须满足加强光须满足加强光须满足加强光须满足驻波条件驻波条件驻波条件驻波条件.激光光束全反射镜光学谐振腔示意图光学谐振腔示意图光学谐振腔示意图光学谐振腔示意图部分透光反射镜激光器基本原理激光器基本原理3 3、谐振腔的作用、谐振腔的作

10、用、谐振腔的作用、谐振腔的作用增益介质增益介质(1).限定光的方向(2).选择光振荡的频率（驻波条件）(3).延长增益介质激光器基本原理激光器基本原理 激光的出现带动了多学科的发展，如量子光学、量子电子学、激光光谱学、非线性光学、集成光学、海洋光学等等。这里我们只列举一些与日常生活相关的激光应用科学的发展。激光器的应用及前景激光器的应用及前景(1)激光光盘制作技术激光器的应用及前景激光器的应用及前景(2)激光医学激光以其特有的优越性能解决了许多传统医学的难题。激光治疗最早用于眼科，对视网膜剥离眼底血管病变、虹膜切开、青光眼等一大批眼科疾患均能用激光治疗。(3)光纤通信(4)激光艺术 利用激光绘制灾害图,激光检测大气含量（5）激光在环境方面的应用激光器的应用及前景激光器的应用及前景（6）激光在军事方面的应用激光测距、激光雷达、激光制导、激光通信、激光武器战略反导激光武器激光器的应用及前景激光器的应用及前景激光武器激光拦截激光制导激光器的应用及前景激光器的应用及前景 激光技术在军事的应用除上述几个方面外，还包括：激光侦察、激光核聚变、激光计算机、激光陀螺等。请老师批评指正！此课件下载可自行编辑修改，仅供参考！此课件下载可自行编辑修改，仅供参考！感谢您的支持，我们努力做得更好！谢谢感谢您的支持，我们努力做得更好！谢谢