激光器及其应用介绍ppt课件.ppt

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1、激光原理简介激光原理简介激光的发展历史激光的发展历史激光器的基本原理激光器的基本原理激光器的应用及前景激光器的应用及前景12/27/202212/27/20221 1在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确LASER LASER(Light Light Amplification Amplification by by Stimulated Stimulated Emission Emission of Radiation)of Radiation)辐射的受激发射的光放大辐射的受激发射的光放大辐射的受激发射的光放大辐射的受激发

2、射的光放大激光是激光是激光是激光是2020世纪的四世纪的四世纪的四世纪的四项重大的项重大的项重大的项重大的发明之一发明之一发明之一发明之一12/27/202212/27/20222 2在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确激光的发展历史激光的发展历史 从从从从历历历历史史史史来来来来看看看看，任任任任何何何何科科科科学学学学发发发发明明明明或或或或科科科科学学学学发发发发现现现现，都都都都不不不不外外外外是是是是两两两两条条条条道道道道路路路路：一一一一是是是是自自自自然然然然界界界界业业业业已已已已存存存存在在在在，当当当

3、当人人人人们们们们自自自自觉觉觉觉或或或或不不不不自自自自觉觉觉觉地地地地发发发发现现现现以以以以后后后后再再再再产产产产生生生生理理理理论论论论，并并并并加加加加以以以以证证证证明明明明和和和和利利利利用用用用，如如如如万万万万有有有有引引引引力力力力、氧氧氧氧气气气气、电电电电磁磁磁磁等等等等，这这这这种种种种情情情情况况况况称称称称为为为为“科科科科学学学学发发发发现现现现”；二二二二是是是是自自自自然然然然界界界界（至至至至少少少少地地地地球球球球上上上上的的的的自自自自然然然然界界界界）并并并并不不不不存存存存在在在在的的的的事事事事物物物物，但但但但人人人人们们们们先先先先从从从从

4、理理理理论论论论上上上上推推推推导导导导、预预预预测测测测，然然然然后后后后再再再再通通通通过过过过努努努努力力力力加加加加以以以以证证证证明明明明和和和和实实实实现现现现，如如如如相相相相对对对对论论论论、核核核核衰衰衰衰变变变变、核核核核聚聚聚聚变变变变等等等等，这这这这种种种种情情情情况况况况称称称称为为为为“科科科科学学学学发发发发明明明明”。而而而而后后后后者者者者则则则则更更更更有有有有科科科科学学学学理论性和挑战性，激光的诞生过程就是属于后者。理论性和挑战性，激光的诞生过程就是属于后者。理论性和挑战性，激光的诞生过程就是属于后者。理论性和挑战性，激光的诞生过程就是属于后者。激光是

5、激光是激光是激光是2020世纪以来，继原子能、计算机、半导世纪以来，继原子能、计算机、半导世纪以来，继原子能、计算机、半导世纪以来，继原子能、计算机、半导体之后，人类的又一重大发明。体之后，人类的又一重大发明。体之后，人类的又一重大发明。体之后，人类的又一重大发明。12/27/202212/27/20223 3在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确 激光发明的理论基础可以追溯到激光发明的理论基础可以追溯到激光发明的理论基础可以追溯到激光发明的理论基础可以追溯到19171917年，著名的年，著名的年，著名的年，著名的物理学家爱

6、因斯坦在研究光辐射与原子相互作用的时物理学家爱因斯坦在研究光辐射与原子相互作用的时物理学家爱因斯坦在研究光辐射与原子相互作用的时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，除了候发现，除了候发现，除了候发现，除了受激吸收受激吸收受激吸收受激吸收和和和和自发辐射跃迁自发辐射跃迁自发辐射跃迁自发辐射跃迁过程外，还存过程外，还存过程外，还存过程外，还存在在在在受激辐射跃迁受激辐射跃迁受激辐射跃迁受激辐射跃迁过程。过程。过程。过程。2020世纪世纪世纪世纪5050年代初，电子学和微波技术的应用提出年代初，电子学和微波技术的应用提出年代初，电子学和微波技术的应用提出年代初，电子学和微波技术的应

7、用提出了将无线电技术从微波推向光波的要求。了将无线电技术从微波推向光波的要求。了将无线电技术从微波推向光波的要求。了将无线电技术从微波推向光波的要求。n n从微波振荡器到光波振荡器从微波振荡器到光波振荡器从微波振荡器到光波振荡器从微波振荡器到光波振荡器n n微波振荡器的实现原理：微波振荡器的实现原理：微波振荡器的实现原理：微波振荡器的实现原理：一个尺度和波长可比拟的封闭的谐振腔；一个尺度和波长可比拟的封闭的谐振腔；一个尺度和波长可比拟的封闭的谐振腔；一个尺度和波长可比拟的封闭的谐振腔；利用自由电子与电磁场的相互作用实现电磁波的放大和振荡。利用自由电子与电磁场的相互作用实现电磁波的放大和振荡。利

8、用自由电子与电磁场的相互作用实现电磁波的放大和振荡。利用自由电子与电磁场的相互作用实现电磁波的放大和振荡。n n19521952年，美国马里兰大学的韦伯开始应用以上理论年，美国马里兰大学的韦伯开始应用以上理论年，美国马里兰大学的韦伯开始应用以上理论年，美国马里兰大学的韦伯开始应用以上理论去放大电磁波。去放大电磁波。去放大电磁波。去放大电磁波。12/27/202212/27/20224 4在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确n n19541954年年年年，美美美美国国国国的的的的汤汤汤汤斯斯斯斯(Charles(Charle

9、s H.Towns)H.Towns)、苏苏苏苏联联联联的的的的巴巴巴巴索索索索夫夫夫夫(Nikolai(Nikolai G.Basov)G.Basov)和和和和 普普普普 洛洛洛洛 霍霍霍霍 洛洛洛洛 夫夫夫夫(Aleksander(Aleksander M.Prokhorov)M.Prokhorov)第第第第 一一一一 次次次次 实实实实 现现现现 了了了了 氨氨氨氨 分分分分 子子子子 微微微微 波波波波 量量量量 子子子子 振振振振 荡荡荡荡 器器器器(Maser),(Maser),抛抛抛抛弃弃弃弃了了了了 利利利利用用用用自自自自由由由由电电电电子子子子与与与与电电电电磁磁磁磁场场场场

10、的的的的相相相相互互互互作作作作用用用用实实实实现现现现电电电电磁磁磁磁波波波波的的的的放放放放大大大大和和和和振振振振荡荡荡荡，利利利利用用用用原原原原子子子子或或或或分分分分子子子子中中中中的的的的束束束束缚缚缚缚电电电电子子子子与与与与电电电电磁磁磁磁场的相互作用来放大电磁波。场的相互作用来放大电磁波。场的相互作用来放大电磁波。场的相互作用来放大电磁波。n n19581958年年年年，汤汤汤汤斯斯斯斯和和和和肖肖肖肖洛洛洛洛(Arthur(Arthur L.Schawlow)L.Schawlow)抛抛抛抛弃弃弃弃了了了了一一一一个个个个尺尺尺尺度度度度和和和和波波波波长长长长可可可可比比

11、比比拟拟拟拟的的的的封封封封闭闭闭闭的的的的谐谐谐谐振振振振腔腔腔腔，提提提提出出出出了了了了利利利利用用用用尺尺尺尺度度度度远远远远大大大大于于于于波波波波长长长长的的的的开开开开放放放放式式式式光光光光谐谐谐谐振振振振腔腔腔腔，实实实实现现现现了了了了激激激激光光光光器器器器的的的的新新新新思思思思想想想想。布布布布隆隆隆隆伯伯伯伯根根根根(Nicolaas(Nicolaas Bloembergen)Bloembergen)提提提提出出出出了了了了利利利利用用用用光光光光泵泵泵泵浦浦浦浦三三三三能能能能级级级级原原原原子子子子系系系系统实现原子数反转分布的新构想。统实现原子数反转分布的新构

12、想。统实现原子数反转分布的新构想。统实现原子数反转分布的新构想。汤汤汤汤斯斯斯斯和和和和肖肖肖肖洛洛洛洛在在在在Physis Physis Revies Revies 上上上上发发发发表表表表论论论论文文文文，指指指指出出出出了了了了实实实实现现现现受受受受激激激激辐辐辐辐射射射射为为为为主主主主的的的的可可可可能能能能性性性性，并并并并给给给给出出出出了了了了实实实实现现现现这这这这个个个个愿愿愿愿望望望望需需需需要要要要满满满满足足足足的条件。的条件。的条件。的条件。12/27/202212/27/20225 5在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，

13、由浅入深，所提出的问题也很明确C.H.TownesC.H.TownesA.M.ProkhorovA.M.Prokhorov N.G.BasovN.G.Basov 汤汤汤汤斯斯斯斯1954195419541954年年年年在在在在量量量量子子子子电电电电子子子子学学学学研研研研究究究究中中中中实实实实现现现现了了了了氨氨氨氨分分分分子子子子的的的的粒粒粒粒子子子子数数数数反反反反转转转转，研研研研制制制制了了了了微微微微波波波波激激激激射射射射器器器器和和和和激激激激光光光光器器器器；普普普普罗罗罗罗霍霍霍霍洛洛洛洛夫夫夫夫和和和和巴巴巴巴索索索索夫夫夫夫1958195819581958年年年年几

14、几几几乎乎乎乎同同同同时时时时在在在在量量量量子子子子电电电电子子子子学学学学的的的的基基基基础础础础研研研研究究究究中中中中，根根根根据据据据微微微微波波波波激激激激射射射射器器器器和和和和激激激激光光光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。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。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。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 196412/27/202212/27/20226 6在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设

15、置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确n n19601960年年年年7 7月，世界第一台红宝石固态激光器问世，月，世界第一台红宝石固态激光器问世，月，世界第一台红宝石固态激光器问世，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。标志了激光技术的诞生。标志了激光技术的诞生。标志了激光技术的诞生。n n美国加利福尼亚州休斯航空公司实验室的研究员美国加利福尼亚州休斯航空公司实验室的研究员美国加利福尼亚州休斯航空公司实验室的研究员美国加利福尼亚州休斯航空公司实验室的研究员梅梅梅梅曼曼曼曼演示的。演示的。演示的。演示的。n n波长为波长为波长为波长为694.3nm694.3nm的激

16、光的激光的激光的激光12/27/202212/27/20227 7在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确至此，一门新的科学技至此，一门新的科学技术术量子电子学中的激光量子电子学中的激光技术以科学史上罕见的高速技术以科学史上罕见的高速度向前发展！度向前发展！12/27/202212/27/20228 8在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确19611961年年年年 2 2月（月（月（月（A.JavanA.Javan）研制成了）研制成了）研制成了）研制成了He

17、NeHeNe混合气体激光器。混合气体激光器。混合气体激光器。混合气体激光器。有人提出了有人提出了有人提出了有人提出了QQ调制技术，调制技术，调制技术，调制技术，并制成第一台调并制成第一台调并制成第一台调并制成第一台调QQ激光器。激光器。激光器。激光器。为什么要调为什么要调为什么要调为什么要调QQ？制成了钕玻璃脉冲激光器。制成了钕玻璃脉冲激光器。制成了钕玻璃脉冲激光器。制成了钕玻璃脉冲激光器。19621962年年年年，美美美美国国国国三三三三个个个个研研研研究究究究小小小小组组组组几几几几乎乎乎乎同同同同时时时时分分分分别别别别发发发发布布布布砷砷砷砷化化化化镓镓镓镓（GaAsGaAs）半导体激

18、光器运转的报道。）半导体激光器运转的报道。）半导体激光器运转的报道。）半导体激光器运转的报道。仅仅仅仅1961196219611962年间世界各国发表年间世界各国发表年间世界各国发表年间世界各国发表的激光方面的论文达的激光方面的论文达的激光方面的论文达的激光方面的论文达200200篇以上。篇以上。篇以上。篇以上。12/27/202212/27/20229 9在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确19631963年建立了激光的半经典理论。年建立了激光的半经典理论。年建立了激光的半经典理论。年建立了激光的半经典理论。对对对对激激

19、激激光光光光的的的的频频频频率率率率特特特特性性性性和和和和功功功功率率率率特特特特性性性性进进进进行行行行了了了了比比比比较较较较完完完完善善善善的的的的探讨。探讨。探讨。探讨。19641964年研制成了年研制成了年研制成了年研制成了 氩离子（氩离子（氩离子（氩离子（ArAr+）离子气体激光器）离子气体激光器）离子气体激光器）离子气体激光器 二氧化碳气体激光器二氧化碳气体激光器二氧化碳气体激光器二氧化碳气体激光器 化学激光器（化学激光器（化学激光器（化学激光器（HFHF氟化氢）氟化氢）氟化氢）氟化氢）掺钕的钇铝石榴石固体激光器掺钕的钇铝石榴石固体激光器掺钕的钇铝石榴石固体激光器掺钕的钇铝石榴

20、石固体激光器 19651965年年年年实实实实现现现现了了了了铌铌铌铌酸酸酸酸锂锂锂锂光光光光学学学学参参参参量量量量振振振振荡荡荡荡器器器器，借借借借助助助助半半半半经经经经典典典典理理理理论预言了锁模效应的存在。论预言了锁模效应的存在。论预言了锁模效应的存在。论预言了锁模效应的存在。12/27/202212/27/20221010在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确19661966年研制成了年研制成了年研制成了年研制成了固体锁模激光固体锁模激光固体锁模激光固体锁模激光器器器器获得了超短脉冲。获得了超短脉冲。获得了超短脉

21、冲。获得了超短脉冲。为什么要锁模？为什么要锁模？为什么要锁模？为什么要锁模？19701970年研制成了年研制成了年研制成了年研制成了准分子激光器准分子激光器准分子激光器准分子激光器。19771977年研制成了红外波段的年研制成了红外波段的年研制成了红外波段的年研制成了红外波段的自由电子激光器自由电子激光器自由电子激光器自由电子激光器（FELFEL）19841984年研制出年研制出年研制出年研制出光孤子激光器光孤子激光器光孤子激光器光孤子激光器（SLSL）因对激光及其应用的创造性贡献而先后获诺因对激光及其应用的创造性贡献而先后获诺贝尔物理学奖的科学家共有贝尔物理学奖的科学家共有1010位位.19

22、671967年研制成了年研制成了年研制成了年研制成了射线激光器射线激光器射线激光器射线激光器。12/27/202212/27/20221111在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确 拉拉 姆姆 齐齐（Ramsey，Norman F，1915）美美国国物物理理学学家家。因因发发展展了了原原子子精精确确光光谱谱学学和和发发明明了了分分离离振振荡荡场场方方法法以以及及将将其其用用于于氢氢微微波波激激射射器器和和原原子子钟钟而而获获得得1989年年诺诺贝贝尔尔物物理理学学奖金奖金。12/27/202212/27/20221212在整

23、堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确朱朱朱朱 棣棣棣棣 文文文文（19481948），美美美美籍籍籍籍华华华华裔裔裔裔物物物物理理理理学学学学家家家家。19971997年年年年，朱朱朱朱棣棣棣棣文文文文因因因因发发发发明明明明用用用用激激激激光光光光冷冷冷冷却却却却和和和和俘俘俘俘获获获获原原原原子子子子的的的的方方方方法法法法获获获获得得得得诺诺诺诺贝贝贝贝尔物理学奖。尔物理学奖。尔物理学奖。尔物理学奖。科科科科 昂昂昂昂-塔塔塔塔 努努努努 吉吉吉吉（Cloder Cloder Cohen Cohen TanukyTanu

24、ky，19331933）法法法法国国国国物物物物理理理理学学学学家家家家，19971997年年年年诺诺诺诺贝贝贝贝尔尔尔尔物物物物理理理理奖奖奖奖得得得得主主主主。他他他他利利利利用用用用“磁磁磁磁阱阱阱阱”技技技技术术术术，成成成成功功功功地地地地将将将将原原原原子子子子温温温温度度度度降降降降低低低低到到到到了了了了与与与与绝绝绝绝对对对对零零零零度度度度只只只只相相相相差差差差百百百百万万万万分分分分之之之之一一一一度度度度的的的的程度。程度。程度。程度。菲菲菲菲 利利利利 普普普普 斯斯斯斯（FelipusFelipus，WilliamWilliam，19481948）美美美美国国国国

25、物物物物理理理理学学学学家家家家，19871987年年年年他他他他运运运运用用用用“磁磁磁磁阱阱阱阱”技技技技术术术术，改改改改进进进进了了了了原原原原子子子子在在在在激激激激光光光光照照照照射射射射下下下下温温温温度度度度骤骤骤骤降降降降的的的的方方方方法法法法，使使使使冷冷冷冷却却却却温温温温度度度度进进进进一一一一步步步步降降降降低低低低。因因因因此此此此获获获获得得得得19971997年年年年诺诺诺诺贝尔物理奖。贝尔物理奖。贝尔物理奖。贝尔物理奖。12/27/202212/27/20221313在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提

26、出的问题也很明确n n19611961年年年年8 8月，中国第一台红宝石激光器问世。中月，中国第一台红宝石激光器问世。中月，中国第一台红宝石激光器问世。中月，中国第一台红宝石激光器问世。中国科学院国科学院国科学院国科学院长春光学精密机械研究所长春光学精密机械研究所长春光学精密机械研究所长春光学精密机械研究所研制成功。研制成功。研制成功。研制成功。n n19871987年年年年6 6月，月，月，月，10101212WW的大功率脉冲激光系统的大功率脉冲激光系统的大功率脉冲激光系统的大功率脉冲激光系统神神神神光装置，在中国科学院光装置，在中国科学院光装置，在中国科学院光装置，在中国科学院上海光学精密

27、机械研究所上海光学精密机械研究所上海光学精密机械研究所上海光学精密机械研究所研制成功。研制成功。研制成功。研制成功。n n神光神光神光神光I I、神光、神光、神光、神光IIII、神光、神光、神光、神光IIIIII12/27/202212/27/20221414在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确（built in 1986 2beam/built in 1986 2beam/f f f f200mm,200mm,1.6KJ/11.6KJ/1w w w w/1ns/1ns）神光）神光）神光）神光I I 装置的两路激光系统装置

28、的两路激光系统装置的两路激光系统装置的两路激光系统12/27/202212/27/20221515在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确 二、激光的基本构成二、激光的基本构成 n n产生激光的必要条件产生激光的必要条件1.1.实现粒子数反转实现粒子数反转实现粒子数反转实现粒子数反转 .使原子被激发使原子被激发使原子被激发使原子被激发.要实现光放大要实现光放大要实现光放大要实现光放大 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

29、三三要要要要素素素素 12/27/202212/27/20221616在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确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，谐振腔，增益介质，谐振腔，增益介质，谐振腔，增益介质，激励能源。激励能源。激励能源。激励能源。1.1.基本构成部分基本构成部分基本构成部分基本构成部分2.2.激光的形成激光的形成激光的形成激光的形成光束在谐振腔内光束在谐振腔内光束在谐振腔内光束在谐振腔内来回振

30、荡，在增来回振荡，在增来回振荡，在增来回振荡，在增益介质中的传播益介质中的传播益介质中的传播益介质中的传播使光得以放大，使光得以放大，使光得以放大，使光得以放大，并输出激光。并输出激光。并输出激光。并输出激光。12/27/202212/27/20221717在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确（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 原原子子在在没没有有外外界界干干预预的的情情况况下下,电电子子会会由由处处于于激激发发态态的的高

31、高能能级级E2自自动动跃跃迁迁到到低低能能级级E1,这这种种跃跃迁迁称称为为自自发跃迁发跃迁.由自发跃迁而引起的光辐射称为由自发跃迁而引起的光辐射称为自发辐射自发辐射。.发光前发光前.。发光后发光后自自发发辐辐射射12/27/202212/27/20221818在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确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原子吸收外来光子能量原子吸收外来光子能量原子吸收外来光子能量h hn n n n,并从低能级并从低能级并从低能级并从低能级E E1 1跃迁到高跃迁到高跃迁到高跃迁

32、到高能级能级能级能级E E2 2,且且且且E E2 2-E E1 1=h hn n n n,这个过程称为这个过程称为这个过程称为这个过程称为受激吸收受激吸收受激吸收受激吸收。吸收后吸收后。.吸收前吸收前.受激吸收受激吸收12/27/202212/27/20221919在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确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

33、光激光。原原原原子子子子中中中中处处处处于于于于高高高高能能能能级级级级E E2 2的的的的电电电电子子子子,会会会会在在在在外外外外来来来来光光光光子子子子(其其其其频频频频率率率率恰恰恰恰好好好好满满满满足足足足h hn n n n=E E2 2-E E1 1)的的的的诱诱诱诱发发发发下下下下向向向向低低低低能能能能级级级级E E1 1跃跃跃跃迁迁迁迁,并并并并发发发发出与外来光子一样特征的光子出与外来光子一样特征的光子出与外来光子一样特征的光子出与外来光子一样特征的光子,这叫这叫这叫这叫受激辐射受激辐射受激辐射受激辐射。.。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

34、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12/27/202212/27/20222020在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确（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

35、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。已知已知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.。12/27/202212/27/20222121在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设

36、置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确 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）,把低能把低能把低能把低能级上的原子激发到高能级上去级上的原子激发到高能级上去级上的原子激发到高能级上去级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这个过程叫做激励激励激励激励（也叫泵浦（也叫泵浦（也叫泵浦（也叫泵浦-pump-pump）.红宝石中铬离子能级示意图红宝石中铬离子能级示意图红宝石中铬离子能级示意图红宝石中铬离子能级示意图.。基态基态基态基态亚稳态亚稳态亚稳态亚稳态激发态激发态激发态激发态12

37、/27/202212/27/20222222在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确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 光光光光在在在在粒粒粒粒子子子子数数数数反反反反转转转转的的的的工工工工作作作作物物物物质质质质中中中中往往往往返返返返传传传传播播播播，使使使使谐谐谐谐振振振振腔腔腔腔内内内内的的的的光子数不断增加光子数不断增加光子数不断增加光子数不断增加,从而获得很强的光从而获得很强的光从而获得很强的光从而获得很强的光,这种现象叫做这种现象叫做这种现象叫做这种

38、现象叫做光振荡光振荡光振荡光振荡。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.激光光束激光光束激光光束激光光束全反射镜全反射镜全反射镜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部分透光反射镜部分透光反射镜部分透光反射镜12/27/202212/27/20222323在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确3 3、谐振腔的作用、谐振腔的作用、谐振腔的作用、谐振腔的作用增益介质增益介质(1).(1).限定光的方向限定光的方向限定光的方向限定光的方向沿

39、轴线的光在增益介质内来沿轴线的光在增益介质内来沿轴线的光在增益介质内来沿轴线的光在增益介质内来回反射，连锁放大，输出形回反射，连锁放大，输出形回反射，连锁放大，输出形回反射，连锁放大，输出形成激光。其它方向的光很快逸出谐振腔。成激光。其它方向的光很快逸出谐振腔。成激光。其它方向的光很快逸出谐振腔。成激光。其它方向的光很快逸出谐振腔。(2).(2).选择光振荡的频率选择光振荡的频率选择光振荡的频率选择光振荡的频率 （驻波条件）（驻波条件）（驻波条件）（驻波条件）I0 eGLr1I0 eGLr1I0 e2GL(3).(3).延长增益介质延长增益介质延长增益介质延长增益介质r2r1I0增益介质增益介

40、质阈值条件阈值条件阈值条件阈值条件 r1r2I0 e2GL12/27/202212/27/20222424在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确高压高压直流电源直流电源工作物质：工作物质：工作物质：工作物质：氖气氖气氖气氖气激励方式：激励方式：激励方式：激励方式：直流气体放电直流气体放电直流气体放电直流气体放电(1).(1).氦氖激氦氖激氦氖激氦氖激光器光器光器光器电子经电场加速后，与电子经电场加速后，与电子经电场加速后，与电子经电场加速后，与 HeHe 碰撞。处于激发态的碰撞。处于激发态的碰撞。处于激发态的碰撞。处于激发态

41、的 HeHe 与与与与 NeNe 碰碰碰碰撞，把能量传递给撞，把能量传递给撞，把能量传递给撞，把能量传递给 NeNe，使它在亚稳态，使它在亚稳态，使它在亚稳态，使它在亚稳态（3s3s、2s2s）和激发态和激发态和激发态和激发态（3 3p p、2 2p p）之间形成反转分布。之间形成反转分布。之间形成反转分布。之间形成反转分布。4 4、几种常见的激光器几种常见的激光器几种常见的激光器几种常见的激光器12/27/202212/27/20222525在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确红宝石红宝石触触触触 发发发发高压高压高压高

42、压直流电源直流电源直流电源直流电源限流电阻限流电阻限流电阻限流电阻(2).红宝石激光器红宝石激光器工作物质：工作物质：工作物质：工作物质：红宝石中的红宝石中的红宝石中的红宝石中的CrCr+3+3激励能源：激励能源：激励能源：激励能源：脉冲氙灯脉冲氙灯脉冲氙灯脉冲氙灯脉冲氙灯发出的光照射红宝石，使得脉冲氙灯发出的光照射红宝石，使得脉冲氙灯发出的光照射红宝石，使得脉冲氙灯发出的光照射红宝石，使得CrCr+3+3 在亚稳态和基态在亚稳态和基态在亚稳态和基态在亚稳态和基态之间形成反转分布。之间形成反转分布。之间形成反转分布。之间形成反转分布。椭圆柱面椭圆柱面脉冲脉冲氙灯氙灯12/27/202212/2

43、7/20222626在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确激光器的分类激光器的分类激光器的分类激光器的分类激励方式激励方式激励方式激励方式工作物质工作物质工作物质工作物质工作方式工作方式工作方式工作方式输出波长输出波长输出波长输出波长输出频率特性输出频率特性输出频率特性输出频率特性（三）激光器的种类（三）激光器的种类（三）激光器的种类（三）激光器的种类12/27/202212/27/20222727在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确 激激激激光光光光器

44、器器器的的的的种种种种类类类类很很很很多多多多，可可可可分分分分为为为为固固固固体体体体、气气气气体体体体、液液液液体体体体、半半半半导导导导体体体体和和和和染料等五种类型：染料等五种类型：染料等五种类型：染料等五种类型：（1 1）固固固固体体体体激激激激光光光光器器器器一一一一般般般般小小小小而而而而坚坚坚坚固固固固，脉脉脉脉冲冲冲冲辐辐辐辐射射射射功功功功率率率率较较较较高高高高，应应应应用用用用范围较广泛。范围较广泛。范围较广泛。范围较广泛。（2 2）半半半半导导导导体体体体激激激激光光光光器器器器体体体体积积积积小小小小、重重重重量量量量轻轻轻轻、寿寿寿寿命命命命长长长长、结结结结构构

45、构构简简简简单单单单，特特特特别别别别适适适适于于于于在在在在飞飞飞飞机机机机、军军军军舰舰舰舰、车车车车辆辆辆辆和和和和宇宇宇宇宙宙宙宙飞飞飞飞船船船船上上上上使使使使用用用用。半半半半导导导导体体体体激激激激光光光光器器器器可可可可以以以以通通通通过过过过外外外外加加加加的的的的电电电电场场场场、磁磁磁磁场场场场、温温温温度度度度、压压压压力力力力等等等等改改改改变变变变激激激激光光光光的的的的波波波波长长长长，能将电能直接转换为激光能，所以发展迅速。能将电能直接转换为激光能，所以发展迅速。能将电能直接转换为激光能，所以发展迅速。能将电能直接转换为激光能，所以发展迅速。（3 3）气气气气体

46、体体体激激激激光光光光器器器器以以以以气气气气体体体体为为为为工工工工作作作作物物物物质质质质，单单单单色色色色性性性性和和和和相相相相干干干干性性性性较较较较好好好好，激激激激光光光光波波波波长长长长可可可可达达达达数数数数千千千千种种种种，应应应应用用用用广广广广泛泛泛泛。气气气气体体体体激激激激光光光光器器器器结结结结构构构构简简简简单单单单、造造造造价价价价低低低低廉廉廉廉、操操操操作作作作方方方方便便便便。在在在在工工工工农农农农业业业业、医医医医学学学学、精精精精密密密密测测测测量量量量、全全全全息息息息技技技技术术术术等等等等方方方方面面面面应应应应用用用用广广广广泛泛泛泛。气气

47、气气体体体体激激激激光光光光器器器器有有有有电电电电能能能能、热热热热能能能能、化化化化学学学学能能能能、光光光光能能能能、核核核核能能能能等多种激励方式。等多种激励方式。等多种激励方式。等多种激励方式。12/27/202212/27/20222828在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确 （4 4）以以以以液液液液体体体体染染染染料料料料为为为为工工工工作作作作物物物物质质质质的的的的染染染染料料料料激激激激光光光光器器器器于于于于19661966年年年年问问问问世世世世，广广广广泛泛泛泛应应应应用用用用于于于于各各各各种

48、种种种科科科科学学学学研研研研究究究究领领领领域域域域。现现现现在在在在已已已已发发发发现现现现的的的的能能能能产产产产生生生生激激激激光光光光的的的的染染染染料料料料，大大大大约约约约在在在在500500种种种种左左左左右右右右。这这这这些些些些染染染染料料料料可可可可以以以以溶溶溶溶于于于于酒酒酒酒精精精精、苯苯苯苯、丙丙丙丙酮酮酮酮、水水水水或或或或其其其其他他他他溶溶溶溶液液液液。它它它它们们们们还还还还可可可可以以以以包包包包含含含含在在在在有有有有机机机机塑塑塑塑料料料料中中中中以以以以固固固固态态态态出出出出现现现现，或或或或升升升升华华华华为为为为蒸蒸蒸蒸汽汽汽汽，以以以以气气

49、气气态态态态形形形形式式式式出出出出现现现现。所所所所以以以以染染染染料料料料激激激激光光光光器器器器也也也也称称称称为为为为“液液液液体体体体激激激激光光光光器器器器”。染染染染料料料料激激激激光光光光器器器器的的的的突突突突出出出出特特特特点点点点是是是是波波波波长长长长连连连连续续续续可可可可调调调调。燃燃燃燃料料料料激激激激光光光光器器器器种种种种类类类类繁繁繁繁多多多多，价价价价格格格格低低低低廉廉廉廉，效效效效率率率率高高高高，输输输输出出出出功功功功率率率率可可可可与与与与气气气气体体体体和和和和固固固固体体体体激激激激光光光光器器器器相媲美，应用于分光光谱、光化学、医疗和农业。

50、相媲美，应用于分光光谱、光化学、医疗和农业。相媲美，应用于分光光谱、光化学、医疗和农业。相媲美，应用于分光光谱、光化学、医疗和农业。（5 5）红红红红外外外外激激激激光光光光器器器器已已已已有有有有多多多多种种种种类类类类型型型型，应应应应用用用用范范范范围围围围广广广广泛泛泛泛，它它它它是是是是一一一一种种种种新新新新型型型型的的的的红红红红外外外外辐辐辐辐射射射射源源源源，特特特特点点点点是是是是辐辐辐辐射射射射强强强强度度度度高高高高、单单单单色色色色性性性性好好好好、相相相相干干干干性性性性好好好好、方向性强。方向性强。方向性强。方向性强。12/27/202212/27/2022292