激光
什么是激光
什么是激光激光是一种特殊的光束，有着独特的特性，给我们的科学和技术带来了无数的变化和应用。
本文将从激光的工作原理、量子力学、技术应用等方面来简要的介绍激光的相关知识，以助读者更好的了解激光及其应用。
* 激光由于其原理的复杂性，它的发射通常涉及光学，物理，材料学等学科，简单来讲，激光发生首先是外加能量给激光源材料，比如半导体管、激光棒、气体等，激光在此激发源内产生的的能量极高，从而达到发射的状态。
* 光辐射的发射遵循相对论模型，激光发射的光束完全同向，具有聚焦能力，与普通光低不同，激光的束的直径小，光线的几何关系更加完美，而且能量的分布更加均匀，能量具有单调变化。
* 激光的粒子强度，频宽及极化性质和普通光束有着显著的区别，因此激光在激光技术，光学，通信等领域发挥着重要的作用。
* 激光作为一种特殊的量子态，在量子力学中扮演着重要的角色。
根据量子力学，物质实体存在于不同的状态，即量子态。
在量子力学中，激光是量子态，量子态决定了激光的特殊特性，比如同向性、直线性、高强度等，是普通光束所不具备的。
* 同时，激光也使用量子非侵入式探针技术对原子，对原子进行细度的控制和测量，推动着现代科学的发展。
* 激光科技被广泛应用于不同领域，因其特殊的性质，激光工艺有利于实现高精度，处理工件表面能够达到原子级，用于精确金属加工，激光淬火，隔离，切割，焊接，熔覆等多种加工工艺，用于机械行业非常有效。
* 另外，激光在医学上的应用也特别多，医学激光有助于手术治疗等，激光也可以用于表面拉伸，薄膜定相等，换色或表面粗糙度测量，滤镜制作和光盘造影等，另外，激光还有许多航空，军事，通信等应用领域。
* 此外，激光还在地球物理学，天文学，化学，机械工程等各个领域具有广泛的用途。
通过本文，我们从激光的工作原理、量子力学和技术应用等方面阐述了激光的相关知识，也一定程度的了解了激光的强大作用，激光已经充分显示出其在工业改造，医疗，科学研究等领域的实用性，为人类发展奠定了坚实的基础，同时也可以看出量子力学在激光科技中占据重要地位，从而推动着科学发展的不断进步。
激光知识点总结
激光知识点总结一、激光的工作原理激光是由激光管或半导体激光器等激光器件产生的一种特殊的光，其产生过程涉及到激发、放大和辐射三个过程。
激发过程是激光器内部能级的粒子被外部能量激发，处于高能级，即被激发态。
放大过程是被激发态的粒子受到反射膜的作用，在激光谐振腔内不断来回运动，使得光子通过受激辐射不断放大，形成激光能量。
辐射过程是形成激光光束的过程，激光能量通过谐振腔的光学放大产生足够的光强，经过半透过膜射出。
二、激光的分类根据激光器产生的机理、工作波长和应用领域不同，激光可以分为不同的类型。
常见的激光器包括气体激光器、固体激光器、半导体激光器等。
气体激光器主要包括CO2激光器、氩离子激光器等，工作波长主要在10.6微米和0.5微米左右。
固体激光器主要包括Nd:YAG激光器、Nd:YVO4激光器等，工作波长主要在1微米左右。
半导体激光器主要包括GaAs激光器、InGaN激光器等，工作波长主要在可见光和红外光区域。
三、激光的应用激光在各个领域都有着广泛的应用，包括医学、通信、材料加工等。
在医学领域，激光可以用于手术、治疗、检测等，例如激光近视手术、激光溶脂手术等。
在通信领域，激光可以用于光纤通信、激光雷达等，实现了信息的高速传输和大容量存储。
在材料加工领域，激光可以用于切割、焊接、打标等，高精度、高效率、非接触等优点，深受制造业的青睐。
四、激光的安全问题激光的应用虽然带来了很多便利，但同时也伴随着一些安全问题。
激光具有高能量密度、强聚焦性和直线传播性，如果被不当使用，可能会导致眼睛、皮肤等组织的损伤。
因此，在激光使用过程中，需要采取一系列的安全措施，包括佩戴防护眼镜、设置相应的警示标识、限制激光输出功率等，确保激光的安全使用。
总之，激光作为一种重要的光学技术，在科研和工程实践中有着广泛的应用，具有很高的经济和社会效益。
通过深入理解其工作原理、分类和应用等，可以更好地把握激光的特点和优势，更好地应用于实际工作中。
激光技术
E2 E1
.. .. .
N2
E2 E1
...... .. .. .....
E2 E1
N2
。 。 N 。 。 。 1
粒子数反转分布
产生激光最起码的条件造成粒子数反转分布 要实现粒子数反转，必须具备一定条件：
一是要具备必要的能源（如光源、电源等）， 把低能级上原子尽可能多的激发到高能级上 去，这个过程叫做“激励”、“激发”或者 叫“抽运”、“泵浦”；
如果处于能级E2上的原子数密度为N2，入射光单 色辐射能量密度为 ( ) ，则在单位时间内受激辐射 的原子数密度为
dN21 B21 ( ) N 2 dt
B21为受激辐射系数，令
W21 B21 ( )
dN21 W21 N 2 dt
W12是单位时间内，在单色辐射能量密度ρ (v) 的入射光作用下，由于受激辐射跃迁到能级E1的 原子数密度在E2能级总原子数密度中所占比例， 也就是在E2能级上每个原子在单位时间内发生受 激辐射的概率，所以 W12 称为受激辐射概率
实现光振荡，有放大元件、正反馈系统、谐振系 统和输出系统。在激光器中，可实现粒子数反转 的工作物质就是放大元件，而光学谐振腔就起正 反馈、谐振和输出的作用 工作物质两端，分别放置一块全反射镜和一块部 分反射镜（两反射面可以是平面、凹球面，或一 平一凹），它们相互平行，且垂直于工作物质的 轴线，这样的装置就能起到光学谐振腔的作用。
氦氖激光器的谐振腔大多采用平凹腔， 即谐振腔由一个平面镜和一个凹面镜组成。 这种腔型损耗较小，而且容易调节。
氦氖激光器的激励方式采用电激励，在 放电管的两个电极上加高电压使气体电离而 导电。阴极发射的电子经电场加速后与气体 碰撞，使气体从基态激发到不同的激发态。 氦氖激光器发射激光的是氖原子能级间跃迁 的结果，氦原子只是参与了抽运过程，帮助 氖原子建立粒子数的反转。
激光的定义及原理
激光的定义及原理1. 概述激光（Laser）是一种特殊的光，具有高度的单色性、方向性和相干性，被广泛应用于科学研究、工业制造、医疗治疗等领域。
本文将介绍激光的定义及原理。
2. 激光的定义激光是一种高度聚集的电磁波，其光具有高度相干性、方向性和单色性。
相比于普通光，激光具有更小的发散角和更高的能量密度。
激光的产生是基于光学激发过程。
3. 激光的原理激光的产生是通过激发放大口径的激光介质（如气体、液体、固体等）中的原子、离子或分子，达到它们在激光的频率下能量的一个稳态。
当这些粒子回到低能稳态时，会释放出激光所对应的电磁波。
激光产生的过程包括三个重要的步骤：激发、放大和光学反馈。
3.1 激发激发是指将激光介质中的粒子从低能级激发到高能级的过程。
这通常通过能量输入的方式来实现，如电子束、光束等。
当粒子被能量激发后，会不断在高能级和低能级之间跃迁。
3.2 放大放大是指将激发态的粒子数不断增加，从而使被激发的粒子数目超过它们在低能态时的数目。
激光介质中的放大是通过受激辐射实现的。
在受激辐射过程中，当一个粒子从高能态跃迁到低能态时，它会受到在这个过程中经过的光子的激发，从而将原光子的能量、相位和方向模拟地传递给新的光子。
3.3 光学反馈光学反馈是激光发射的一个重要过程，它使得激光得以持续放大。
光学反馈是指一部分激发态的粒子跃迁回到基态时，经过激光介质中的反射，重新被重新激发，从而继续释放激光。
光学反馈会不断调整能够反射回来并与正在产生的激光波相互干涉的光的相位，以保持激光振荡波的相干性和单色性。
4. 激光的特性激光具有许多独特的特性，使其在许多领域都有广泛的应用。
4.1 高相干性激光具有高度的相干性，即光的频率和相位保持稳定。
这使得激光在干涉、衍射等现象中表现出独特的波动特性。
4.2 高度方向性激光的辐射通常比较集中，具有较小的发散角度。
这使得激光可以通过光学器件将光束聚焦到非常小的尺寸，从而在高分辨率成像、精细加工等领域有广泛应用。
激光
632.8nm
E1
He Ne
Note: 这里“三能级”和“四能级”指激光 运转中涉及到的能级个数，并非指激 活介质的所有能级数。
⒋光学谐振腔(optical cavity) ——一对平行的反射镜，镜面与激活介质 的轴线垂直.
激励能源 激活介质 全反射镜 激光输出 部分反射镜
作用：⑴提高激光的方向性
③受激辐射(stimulated radiation)： Eh h h h El ——处于高能态(Eh)的原子，受入射 光子(h=Eh-El)的诱导作用，跃迁到低 能态(El)， 并发出一个与入射光子的 频率、相位、振动方向和传播方向都 完全相同的光子.
④光放大(light amplification)： ——若有一批原子处于高能态(Eh)， 则 在一个入射光子(h=Eh-El)的作用 下，会通过一系列受激辐射产生不断 倍增的完全相同的光子.
10
33
在入射光子(h=Eh-El)作用下，原子产 生吸收(El Eh)的概率和产生受激辐射 (Eh El)的概率相同，因此在正常情况 下，吸收占优. 设法使 N(Eh)>N(El)，这种反常状态称 为粒子数反转(population inversion). 能实现粒子数反转的物质，称为激活 介质(active medium)或工作物质.
②若在谐振腔内加上一对布儒斯特窗， 可得到偏振性极好的线偏振光。
e.g.
外腔式He-Ne激光器
布儒斯特窗
He, Ne
100%反射
电
源
99%反射 1%透射
综上：激励能源＋激活介质 粒子数反转
粒子数反转＋谐振腔 激光
Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation
激光的名词解释
激光的名词解释激光，即激发放射，是由受激辐射产生的具有高度严格的特性的电磁辐射。
它是一种高度集中的、单色的、相干的光束，其波长狭窄，几乎是单一波长，且光束几乎是平行的。
激光具有许多独特的特性，使得它在许多领域有重要的应用。
本文将对激光的原理、特性和应用进行解释。
1. 激光的原理激光的产生基于受激辐射的原理。
在激光器中，有一种用于激发的活性介质，如气体、固体或液体。
当活性介质中的粒子受到外部能量（电流、光、化学反应等）的作用，激发能级上的电子跃迁到一个较高的能级，形成一个受激态。
当一个处于受激态的粒子再次回到基态时，会释放出光子，这些光子与原来引起激发的光子具有相同的特性，即频率、相位和方向，从而形成一个激光光束。
2. 激光的特性激光的特性使其在许多领域有重要的应用。
首先，激光的单色性是指其具有非常狭窄的频谱宽度，几乎是单一频率的光。
这使得激光能够提供高度精确的测量和控制。
其次，激光的相干性指的是所有光子之间具有相同的相位关系。
这种相干性使得激光能够产生干涉、散射等相干光现象。
此外，激光的方向性非常好，几乎是平行的光束，这使得激光能够实现远距离传输和精确的定位操作。
最后，激光的高度集中性使其能够在非常小的空间范围内提供高能量密度，从而实现精确的切割和焊接等加工工艺。
3. 激光的应用激光在众多领域中都有广泛的应用。
在医学领域，激光被用于眼科手术、皮肤治疗和癌症治疗等。
在通讯领域，激光被用于光纤通信，其高速、高带宽的特性能够实现快速而稳定的数据传输。
在制造业中，激光被用于切割、焊接和打印等工艺。
此外，激光还被应用于激光雷达、激光制导武器、光学传感器以及科学研究等方面。
4. 激光的未来发展随着科技的不断进步，激光技术也在不断发展。
例如，通过改变激光器的构造和激发方式，研究人员已经开发出了更小、更高功率和更高效率的激光器。
此外，激光技术还在纳米材料的制备和生物医学诊断等领域有着巨大的潜力。
未来，激光技术还将继续发展和创新，为人类的生活带来更多的便利和突破。
激光技术ppt课件
光子晶体与光子集成电路
光子晶体是指具有光子带隙的人工微结构材料，能够控制光子在特定频率范围内 的传播。光子集成电路则是指将光子器件集成在一块芯片上，实现光子器件之间 的相互作用和光子信号的处理。
光动力治疗
利用特定波长的激光激活 光敏剂，产生光化学反应 ，杀伤病变细胞，常用于 治疗肿瘤等疾病。
激光美容
利用激光的能量对皮肤进 行美白、祛斑、除皱等治 疗，具有无创、无痛、无 副作用等优点。
激光雷达
激光雷达测距
利用激光对目标进行测距，具有精度 高、响应速度快等优点，常用于地形 测绘、无人驾驶等领域。
光器。
激光器的性能参数
输出功率
表示激光器的输出能量，单位 为瓦特。
光束质量
表示激光束的发散角、光束直 径和光束质量因子等参数。
波长与光谱宽度
表示激光的频率范围和光谱宽 度。
稳定性与可靠性
表示激光器的稳定性和可靠性 ，包括温度稳定性、寿命和故
障率等参数。
03 激光技术的基本特性
激光的相干性
相干性定义
相干性描述了光波之间的相互影响和关联程度。在激光中，相干性 是指光波在时间和空间上的有序性和规则性。
相干性的重要性
相干性决定了激光的干涉和衍射现象，是实现激光高精度、高效率 加工的关键因素。
相干性的应用
利用激光的相干性，可以实现干涉测量、光学通信、全息成像等技 术。
激光的偏振性
偏振性的定义
偏振性是指光波的电矢量或磁矢 量在传播方向上的振动特性。在 激光中，偏振态是指光波电矢量
激光
二．粒子数按能级分布
1.波尔兹曼分布
根据波尔兹曼分布，在热平衡条件下，处在高 能级上的粒子的数目总是少于低能级上的粒子的 数目。例如：根据波尔兹曼分布计算得知，氖原 子3s激发态与基态在常温下(T=300K)，两能级的 粒子数之比为
N2/N1=e-653 <<1 这说明，在热平衡条件下，绝大多数的粒子 都处在基态，能级能量越高，粒子数越少。
• • • • • •
1962年：研制成功第一台半导体激光器。 1963年：第一台液体激光器 1964年：锁模激光器 1965年：激光参量振荡器研制成功 1966年：制成染料激光器 1967年：超短脉冲激光器 到目前为止，激光器的品种已达数千种 之多.
以光作为武器在人类历史上并非绝无仅有。相传在公 元前215年的第二次布匿战争中，西西里岛名城叙拉古遭 受罗马舰队围城。城中的伟大的科学家阿基米德利用自己 设计的抛石器将可燃油料的陶罐抛射到罗马战舰之上，然 后利用巨大的凸透镜聚焦太阳光点燃敌船，被称为“死亡 之光”。以至于美国的一位教授将其煞有介事地称其为 “激光武器之父”。阿基米德的这种想法可能来自与他在 当时的学术之都埃及首都亚历山大里亚留学时观看七大奇 迹之一的法洛斯灯塔的经历有关。不管这种传说是真是假， 这座地中海的粮仓还是在3年后陷落在罗马共和国的鹰旗 之下。尽管罗马将领尊重阿基米德，下令军队要礼待他， 不得伤害，但是他还是被一名粗暴的罗马士兵杀死。于是 这个事件也成了政治摧残科学的典型。无独有偶，公元6 世纪，东罗马首都君士坦丁堡遭遇围城，也是依靠巨镜烧 毁敌舰脱险，战果几乎可以与摧毁了阿拉伯海军的拜占庭 的秘传武器“希腊火”相提并论。
•液体激光器
以液体染料为工作物质的染料激光器于 1966年问世,广泛应用于各种科学研究领域。现在 已发现的能产生激光的染料,大约在500种左右。 这些染料可以溶于酒精、苯、丙酮、水或其他溶 液。它们还可以包含在有机塑料中以固态出现， 或升华为蒸汽，以气态形式出现。所以染料激光 器也称为“液体激光器”。染料激光器的突出特点 是波长连续可调。燃料激光器种类繁多,价格低廉, 效率高,输出功率可与气体和固体激光器相媲美, 应用于分光光谱、光化学、医疗和农业。 •化学激光器 如：氟原子和氢原子 “死光武器”
激光是什么？激光的产生原理
激光是什么？激光的产生原理激光是人类的重要发明之一，被称为“最亮的光”。
日常生活中，我们也能经常看到各种激光的应用，比如激光美容、激光焊接、激光灭蚊器等等。
今天我们一起详细了解下激光及其产生的原理。
激光是什么？激光是一种利用激光器产生特殊光束的光源。
激光器通过受激辐射过程，将能量从外部光源或电力源输入到物质中，产生了激射光。
激光器是由能够放大光的活性介质（如气体、固体或液体）和光学反射镜组成的光学器件。
激光器中的活性介质通常是经过选择和处理的材料，它的特性决定了激光的输出波长。
激光所产生的光有几个独特的特性：首先，激光是单色光，具有非常严格的频率和波长，可以满足一些特殊的光学需求。
其次，激光是相干光，光波的相位非常一致，可以在较长距离上保持相对稳定的光强。
第三，激光是高度定向的光，光束非常狭窄且聚焦性非常好，可以用来实现很高的空间分辨率。
激光的产生原理激光的产生涉及3种基本的物理过程：受激辐射、自发辐射和受激吸收。
受激辐射受激辐射是激光产生的关键。
当一个处于高能级的电子受到另一个光子的激发时，会向该光子的方向发射一个能量、频率、相位、偏振状态和传播方向都与该光子相同的光子，这个过程叫作受激辐射。
也就是说，一个光子通过受激辐射的过程可以“克隆”出一个与它完全相同的光子，从而实现光的放大。
自发辐射当一颗原子、离子或者分子的电子从高能级跃迁到低能级时，会释放出一定能量的光子，这个过程就叫做自发辐射。
这种光子的发射是随机的，发射出的光子之间没有相干性，也就是说他们的相位、偏振状态和传播方向都是随机的。
受激吸收当一个处于低能级的电子吸收一个与它能级差值相等的光子后，可以被激发到高能级。
这个过程叫做受激吸收。
在激光器中，通常使用两个平行镜面构成的共振腔来增强受激辐射过程。
一个镜面是全反射镜，另一个镜面是半反射镜，可以让一部分激光通过。
激光介质中的光子在两个镜面之间来回反射，每次反射都会通过受激辐射过程产生更多的光子，从而实现光的放大。
激光的概念
激光的概念1. 简介激光是一个广泛应用于科学、工业和医疗等领域的技术。
它是一种集中、单色和有序的光辐射。
激光所具备的特性使其在许多领域具有重要的应用价值。
本文将介绍激光的基本概念、原理，以及其在不同领域的应用。
2. 激光的基本原理激光的核心原理是光的放大过程。
激光器中，通过一个能提供较大数目激发原子或分子的能量源，使其处于激发态。
这些激发态粒子经过自发辐射过程，释放出能量并退回到低能量态，同时发射出一束脉冲光子。
这束光子通过在激光腔中多次反弹，形成了一个高度聚焦、高度定向且具有固定波长的光束。
3. 激光的特性激光的特点主要包括以下几个方面：•高度单色性：激光的光谱带宽非常窄，其波长非常纯净。
这种单色性使得激光在光学传输和光学分析等领域具有重要意义。
•高度定向性：激光光束是高度定向的，能够保持其紧凑的束直径在较长距离内。
这使得激光在通信、雷达和测距等领域得到广泛应用。
•高度聚焦：激光束可以通过透镜进行高度聚焦，将能量集中在一个小的区域内。
这种聚焦性质使得激光在材料加工和医学手术中有着重要的应用。
•高光束质量：激光的光束质量非常高，光斑能够保持良好的光学性能。
激光束的光斑质量是衡量激光器性能的重要指标。
4. 激光的应用激光在各个领域都有广泛的应用。
以下是几个主要的应用领域：•科学研究：激光的单色性和定向性使其成为科学实验中不可或缺的工具。
在物理学、化学和生物学等领域，激光被用于材料分析、原子和分子的激发和检测。
•制造业：激光在制造业中具有广泛的应用。
它可以用于切割、焊接、打标等工艺中，提高生产效率和产品质量。
•医疗领域：激光在医疗领域具有广泛的应用，如激光手术和激光治疗等。
激光的高度聚焦性和高光束质量使其在精确手术和治疗中具有重要作用。
•通信和信息技术：激光在光通信和光存储等领域具有重要的应用。
激光器作为光源可以实现高速、高带宽的数据传输。
5. 激光的发展和前景激光技术自20世纪60年代以来取得了巨大的进展，并且不断发展壮大。
激光的概述
h
h
h
E1
E1 .
发光前
发光后
受激辐射的光 放大示意图
二 激光原理
1 粒子数正常分布和粒子数布居反转分布
Ni CeEi / kT
N1 E1 N2 E2
N1 / N2 e(E1E2 )/ kT
已知 E2 E1
N1 N2 表明 , 处于低能级的电子数大于高能级的 电子数,这种分布叫做粒子数的正常分布 . N2 N1 叫
叫泵浦）.
E3
。激发态
.
E2
亚稳态
. E1
。 基态
红宝石中铬离子能级示意图
2 光学谐振腔 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. 加强光须满足驻波条件
lk
2
全反射镜
.
激光光束
l
部分透光反射镜
光学谐振腔示意图
三 激光器 1 氦氖气体激光器
到高能级 E2 , 且 E2 E1 h , 这个过程称为光吸收.
E2
. E2
h
. E1
E1 。
吸收前
吸收后
受激吸收
3 受激辐射
恰出好与原满外子足 来中光h处子于一E高样2 能特E级征1 )E的的2光诱的子发电,下子这向,会叫低在受能外激级来辐光E射1子跃. (迁其,频并率发
由受激辐射得到的放大了的光是相干光,称之为激光.
输出的激光单色性好、结构简单、使用方便、成本 低等优点．
氦1
氖
A
K
2
亚稳态
632.8nm
3
部分反射镜 全反射镜
什么是激光？
什么是激光？激光（Laser）是一种集中光束，具有相干属性、单色性、直线性、高亮度和高准直性的光源。
它的应用范围涵盖了医疗、测量、通讯、材料加工、军事等领域。
那么激光是如何产生的？激光和普通光有何区别？这篇科普文章将为您解答这些问题。
1. 激光的发明和产生激光的发明起源于20世纪60年代，最初是由美国物理学家Maiman 成功制造。
他使用人工制备的合成红宝石晶体，通过光学共振增强的方式激发原子能级跃迁，产生了具有相干性和单色性的光。
此后，人类不断研究和发展出越来越多种类的激光器件。
2. 激光的特性和优点相较于自然光，激光具有明显的特点和优点。
首先，激光波长单一，具有很强的单色性；其次，激光光束能够束缚和集中，具有很强的定向性和准直性；最后，激光的能量密度很高，可以在很短的时间内加热、切割和焊接材料。
因此，激光在工业生产和科学研究中具有广泛的应用前景。
3. 激光的分类和应用根据激光的发射方式和工作物质，可以将激光分为气体激光器、固体激光器、液体激光器和半导体激光器。
不同类型的激光器件有着不同的应用领域，例如：气体激光器：CO2激光器常用于高功率切割，创造极佳的切割质量和切割速度。
He-Ne激光器常用于激光测量、定位和指示。
固体激光器：Nd:YAG激光器是最常用的固体激光器，在医疗、工程和军事等领域中有广泛的应用。
液体激光器：Rhodamine B激光器主要用于医学研究，如心脏手术中的引导激光。
半导体激光器：半导体激光器是尺寸小、重量轻、功耗低的特点，可应用于信息技术、光通讯、医学检测等领域。
总结：激光作为一种新型的光源，具有很多优点和特点。
随着新材料、新技术的研究，不同的激光器件将会涌现出来，并搭配出更多创新的应用。
未来，激光将会成为人类日常生活和科技的重要组成部分。
什么是激光？
什么是激光？
激光是一种特殊的光束，与普通光不同之处在于激光产生的光线具有
超强的定向性和单色性，即激光可被精准瞄准，能穿透各种物质，同
时具有高度纯净的色彩。
这种超强光束在生活中有哪些应用？
1. 医学领域
激光在医学领域中应用非常广泛。
它可以被用来减轻疼痛、去除肿瘤、治疗眼疾等。
激光手术取代了一些繁琐的手术，降低了手术风险和恢
复时间。
2. 工业制造领域
激光在工业制造领域也有广泛的应用。
比如，激光可以被用来做精密
切割、雕刻、打孔等。
由于激光器切割出的沟槽非常细，所以可以切
割出更加复杂的形状，被广泛应用在汽车、飞机等高价值的制造领域。
3. 通信领域
激光在通信领域中也有应用。
激光可以传输大量的信号，所传输的信
息可以在高速传输中保持不变。
基于这些特点，激光被应用在卫星通
信、光纤通信等领域。
总结：
激光是一种高度纯净的光束，具有广泛的应用。
在医学领域，它可以用于减轻疼痛、去除肿瘤等；在制造领域，它可以用于精细切割、雕刻等；在通信领域，它可以用于高速传输信号。
激光的广泛应用将会在未来成为一个趋势。
激光
激光
创新微课
练习2.
下面关于普通光和激光的特点叙述正确的是 B
（A）前者是相干光，后者是非相干光。 （B）前者是非相干光，后者是相干光。 （C）都是相干光。 （D）都是非相干光。
激光
四、激光器的种类 A. 气体激光器:最常见的是氦氖激光器 B.固体激光器:红宝石激光器,钇铝石榴石激光器 C. 液体、化学和半导体激光器
参考光
物光 物
创新微课
照相底片 反射光
激光
照明光
全息 照片
创新微课
英女王的全息照片 人眼
全息照片的观看：
用激光照射全息照片，在照片的另一侧观看原物体 的立体的像。
激光
创新微课
练习1.
激光全息照相技术主要是利用激光的哪一种优良特性 C （A）亮度高 （B）方向性好 （C）相干性好 （D）抗电磁干扰能力强
E2
E1
发光前
h 发光后
创新微课
激光
创新度好 3、亮度高
激光
三、激光的应用
1、利用单色性、相干性
光纤通讯、激光全息技术
创新微课
2、利用平行度好、亮度高
测距、测速（激光雷达测速)
3、利用亮度高
工业切割、焊接；医学“光刀”、焊接。 利用强激光产生的高压引发核聚变。
D.“隐身”和“变色”激光器:二氧化碳激光器
创新微课
激光机理 激光应用
小结 激光
激光特点
激光器分类
创新微课
同学，下节再见
创新微课 现在开始
激光
激光
激光及其产生
英文全称为 Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation
激光的原理性质及其应用
激光的原理性质及其应用1. 激光的原理性质激光（Laser）是一种与常见的光线有很大区别的光线。
它具有独特的性质和应用，源于其特殊的原理。
1.1 激光的定义激光是一种由同一频率、同一波长、同一方向传播的相干光，其具体特征包括单一波长、高度聚束、高度单色性、高度相干性等。
1.2 激光的产生原理激光产生的过程主要涉及三个基本元素：激发能源、激发介质和光学反馈。
•激发能源：激发能源可以是电流、化学反应、光或其他能源形式。
•激发介质：典型的激发介质包括气体、液体、固体和半导体。
不同激发介质的特性会影响激光的波长和功率。
•光学反馈：光学反馈是指将一部分激发介质中产生的光传送回激发介质，从而增强光的放大效应。
1.3 激光的特性激光具有以下几个主要特性：•单色性：激光的波长非常窄，几乎只有一个特定的波长。
这使得激光在许多精确测量、光谱学和光学实验中得到广泛应用。
•相干性：激光是相干光，其光波的振动方向是一致的，相位关系保持稳定，从而产生具有干涉和衍射效应的特性。
这使得激光在干涉测量和激光干涉仪中具有广泛的应用。
•聚束性：激光的光线可以通过透镜等光学元件进行聚束，从而使得激光能够实现高度聚焦和精确操控，常被应用于激光器加工、医学手术等领域。
•高度定向性：激光的光线传播方向非常集中，具有极高的指向性。
这种特性使得激光可以用于通信、测距和测速等精确测量应用。
2. 激光的应用激光由于其独特的性质，广泛应用于多个领域，包括科学研究、医疗、工业生产等。
2.1 激光在科学研究中的应用•光谱学：激光具有单色性和相干性的特点，可以用于高分辨率光谱学研究，如光谱分析、荧光探测等。
•激光制冷：激光可以通过激发物质内部的原子和分子，实现制冷效应，用于冷却原子、分子甚至固体材料。
•激光光纤：激光光纤是一种利用激光作为信号传输的光纤，可应用于光通信、光传感等领域。
•激光雷达：激光雷达利用激光束进行测量，可应用于航空、地理测绘、气象等领域。
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E2
.
h
发光前
E2
E1
。
h h
受激辐射的光 放大示意图
E1
.
发光后
19 – 11 激 光
Ei / kT
第十九章 量子物理
二 激光原理 1 粒子数正常分布和粒子数布居反转分布
N1 N 2 表明 , 处于低能级的电子数大于高能级的 电子数,这种分布叫做粒子数的正常分布 . N 2 N1 叫
.
。
基态
红宝石中铬离子能级示意图
19 – 11 激 光
第十九章 量子物理
2 光学谐振腔 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. 加强光须满足驻波条件 lk
2
.
全反射镜
激光光束
l
部分透光反射镜
光学谐振腔示意图
19 – 11 激 光
激光的 单色性比普通光高 1010 倍.
3 能量集中
4 相干性好 普通光源的发光过程是自发辐射,发出的不是相 干光 , 激光的发光过程是受激辐射,它发出的光是相 干光.
第十九章 量子物理
三 激光器 1 氦氖气体激光器 输出的激光单色性好、结构简单、使用方便、成本 低等优点． 氦 1 2 亚稳态
氖
632.8nm 3
A
K
部分反射镜
全反射镜
基态 氦和氖的原子能级示意图
氦氖激光器
19 – 11 激 光
2 红宝石激光器
第十九章 量子物理
红宝石激光器的工作物质是棒状红宝石晶体，它 发出的激光是脉冲激光，波长为694.3nm. 激光器发展的主要方面 脉冲灯 全 反 射 镜
做粒子数布居反转 , 简称粒子数反转或称布居反转.
N1 E1 N2 E2 N i Ce ( E1 E2 ) / kT 已知 E2 E1 N1 / N 2 e
E2
。。。 。。。 N 。。。 E1 。。。 。 1
粒子数的正常分布
E2 E1
.. .. .
N2
E2
E1
........... .. ..
发光前
19 – 11 激 光
2 光吸收
第十九章从低能级 E1 跃迁 到高能级 E2 , 且 E2 E1 h , 这个过程称为光吸收.
E2
E1
.
h
E2
E1
.
。
吸收后
吸收前 受激吸收
19 – 11 激 光
第十九章 量子物理
3 受激辐射 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 h 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. 由受激辐射得到的放大了的光是相干光,称之为激光.
19 – 11 激 光
第十九章 量子物理
一 自发辐射 受激辐射 1 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.
E2 E1 h
自 发 辐 射
E2
E1
.
E2
E1
。
h
.
发光后
。。 U0
红宝石棒
。 。 U
半 透 射 镜
（1）扩展了激光 的波长范围. （2）激光的功率 大大提高.
红宝石激光示意图
（3）激光器已能 实现小型化.
19 – 11 激 光
第十九章 量子物理
四 激光器的特性和应用 1 方向性好 利用激光准直仪可使长为2.5km的隧道掘进偏差 不超过16nm. 2 单色性好
E2 E1
N2
。 。 。 。 N1 。
粒子数反转分布
19 – 11 激 光
第十九章 量子物理
美国物理学家梅曼于1960年9月制成第一台红 宝石固体激光器. 从外界输入能量（如光照,放电等） , 把低能级 上的原子激发到高能级上去, 这个过程叫做激励（也 叫泵浦）. 激发态
E3
。
. E
2
亚稳态
E1