激光原理及应用-上海理工大学[优质课堂]
激光原理与应用
激光原理与应用激光（Laser），全称为"Light Amplification by Stimulated Emissionof Radiation"，即通过受激辐射放大的光，是一种具有高功率、高一致性和高直径干涉性的光束。
自从激光技术的发现以来，它在科学研究、医疗、工业、通信等众多领域内得到了广泛应用。
本文将探讨激光的原理以及其在不同领域的应用。
一、激光的原理激光的产生是基于一种与常规光产生机制截然不同的过程，即受激辐射。
激光器由放大介质、抽运源和光腔三部分组成。
放大介质可以是晶体、气体、液体等，当受到抽运源的电能或光能激发时，放大介质中的原子或分子被激发到高能级，随后通过受激辐射过程，被激发的原子返回低能级时放出辐射光子。
这些光子经过光腔的多次反射和增益介质的增益作用，最终形成一束高度聚焦的激光光束。
二、激光的应用2.1 科学研究激光在科学研究中起到了举足轻重的作用。
激光具有窄波长、高能量和高空间一致性的特点，可以用于原子与分子的光谱学研究、动力学研究以及表面等离子体等的生成与控制。
此外，激光在高能物理、量子光学等领域的应用研究也有重要意义。
2.2 医疗领域激光在医疗领域中有着广泛的应用。
例如，激光可以用于激光手术，包括近视矫正手术、白内障手术等常见眼科手术。
激光还可以用于皮肤病治疗，如激光美容、纹身去除等。
此外，激光在牙科治疗、癌症治疗等方面也得到了广泛应用。
2.3 工业制造激光在工业制造过程中有着重要的应用。
利用激光的高能量、高方向性和高一致性特点，可以进行材料切割、刻蚀和焊接等工艺。
比如在汽车制造中，激光焊接可以提高焊接质量和生产效率。
在电子产业中，激光刻蚀可以实现高精度的电路板制造。
2.4 通信领域激光在光纤通信中扮演着重要的角色。
激光器通过光纤传输信息信号，可以实现光纤传输信号的高速、大容量和低损耗。
长距离光纤通信网络和高速光纤宽带的实现离不开激光器的应用。
2.5 其他领域除了以上几个领域，激光在测距、光学雷达、光存储、激光打印等领域都有广泛应用。
激光原理与应用讲教学课件
激光设备应在指定的、安全的场所使用，并确保该场所没有其他人 员或物体受到激光的潜在危害。
规定操作流程
使用激光设备前，必须阅读并理解操作手册，并按照手册中的步骤 进行操作。任何违反操作流程的行为都可能导致严重的后果。
定期检查和维护
激光设备应定期进行检查和维护，以确保其处于良好的工作状态，并 消除任何潜在的安全隐患。
亮度高
激光的能量密度很大，亮 度高，可以在很短的时间 内集中很大的能量
激光的分 类
按工作物质分类 气体激光器、液体激光器、固体激光 器、化学激光器和自由电子激光器等
按输出波长分类
远红外激光器、近红外激光器、可见 激光器、紫外激光器、X射线激光器 和超短激光器等
材料加工
01
02
利用激光的高能量密度，实现金属和非金属材料的切割、 焊接、打孔等。
应用：汽车制造、航空航天、电子制造。
03
04
激光快速成型
利用激光制造三维物体，具有速度快、精度高、成本低 等优点。
05
06
应用：产品原型制造、医疗器械制造。
04 激光技术的前沿 与展望
高功率激光技 术
总结词
高功率激光技术是目前激光领域的前沿技术之一，是推动激光技术进步的重要力 量。
激光原理与应用教学课件
contents
目录
• 激光原理概述 • 激光原理的基本概念 • 激光器件及应用 • 激光技术的前沿与展望 • 激光安全与防护
01 激光原理概述
激光的产生
激光是受激辐射光放大的简称，是原子或分子中的电子在吸收能量后，从低能级跃 迁到高能级，再从高能级回落到低能级时，释放的能量以光子的形式放
详细描述
光纤激光器利用光纤作为增益介质，具有体积小、散热效果好、易于维护等优点。同时，光纤激光器的光束质量 也优于传统固体激光器，能够实现更远距离的传输和更好的聚焦效果。目前，光纤激光器已经被广泛应用于工业、 医疗、军事等领域。
激光原理及应用
激光原理及应用在当今科技飞速发展的时代，激光已经成为了一项至关重要的技术，广泛应用于我们生活的方方面面。
从医疗领域的微创手术，到通信行业的高速数据传输，再到工业生产中的精确加工，激光的身影无处不在。
那么，究竟什么是激光？它又是如何工作的？又有着哪些令人惊叹的应用呢？让我们一起来探索激光的奥秘。
激光，全称为“受激辐射光放大”（Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation），它的产生基于量子力学的原理。
简单来说，激光的产生需要三个关键要素：工作物质、激励能源和光学谐振腔。
工作物质是能够产生激光的物质基础，它可以是气体、液体或固体。
在工作物质中，存在着大量的原子或分子，这些原子或分子具有特定的能级结构。
激励能源的作用是为工作物质中的原子或分子提供能量，使其从低能级跃迁到高能级，形成粒子数反转分布。
当处于高能级的粒子数多于低能级的粒子数时，就为激光的产生创造了条件。
光学谐振腔则是激光能够形成高亮度、高方向性和高单色性光束的关键。
它由两块反射镜组成，一块全反射镜和一块部分反射镜。
工作物质放置在谐振腔内，当受激辐射产生的光子在谐振腔内来回反射时，会不断地得到放大，只有那些满足谐振腔共振条件的光子才能形成稳定的激光输出。
激光具有许多独特的性质，这使得它在众多领域中发挥着重要的作用。
首先，激光具有极高的亮度。
这意味着它能够在短时间内集中释放出巨大的能量。
例如，在工业加工中，激光可以用于切割、焊接和打孔等操作。
相比于传统的加工方法，激光加工具有精度高、速度快、热影响区小等优点。
无论是切割坚硬的金属材料，还是加工精细的电子元件，激光都能轻松胜任。
其次，激光具有很好的方向性。
激光束几乎是平行的，发散角非常小。
这使得激光能够在远距离传输时保持较高的能量密度，因此在通信、测距和雷达等领域有着广泛的应用。
在通信领域，激光通信能够实现高速、大容量的数据传输，为信息社会的发展提供了有力的支持。
激光原理技术及应用
激光原理技术及应用激光（Laser）是一种高度凝聚、高亮度的光束，具有单色、单频、方向性和相干性等特点。
激光的产生是通过在激光器中对激光介质进行电能、光能或化学能输入，使其产生受激辐射而得到的。
激光的产生要满足三个条件：1. 受激辐射条件，即至少有一部分倾向于与已存在的辐射产生一致性增强; 2. 高反射构型条件，即在激活的介质中，必须有一个结构，使每个光子具有与大部分原子共振的倾向，从而可以同时与之发生相互作用；3. 线形因素条件，即产生受激辐射的电场分量必须与入射的外界场的幅度、相位分量相一致，并且处于相位的增加区域。
激光的应用领域非常广泛。
首先，激光在医学领域有着广泛应用。
激光能够通过对生物组织的选择性作用，实现无创治疗和准确切割，如激光手术刀、激光美容、激光治疗癌症等。
其次，激光在通信领域有着重大意义，激光通信的高频率和可控性，使得数据传输速率显著提高，成为现代通信技术的重要组成部分。
另外，在制造业中，激光也被广泛应用于切割、打标、焊接等工艺过程中，具有高精度、高效率和节能环保的优点。
激光还用于材料表面处理、表面合成等领域，可以提高材料的硬度、精细度和功能性。
此外，激光也在测距、测速、光谱分析等方面有着广泛应用。
激光技术的原理主要包括三个方面：激活介质，选择性受激辐射和谐振腔。
激活介质是指能吸收和放射光子的介质，如晶体、气体、液体等。
选择性受激辐射是指通过受激辐射来增强输入的光的辐射能。
在激光器中，通过光刺激物质中的原子或分子，使它们从基态跃迁到激发态，再由基态跃迁到较低的能级上，释放出来的能量被输入进来的光共享，从而获得高度的相干度。
谐振腔是指光线在通过激光器的过程中反复地倍返射，使得激光光束增强和放大。
谐振腔分为共振腔和光学腔，其中共振腔是用需要反射的金属或介质制成的封闭结构，而光学腔则是由两个或多个镜子组成的。
激光技术的应用非常广泛。
在制造业中，激光切割、打标和焊接成为重要工艺。
激光切割通过激光在材料表面产生高热和熔化，实现对各种材料的快速、高精度切割；激光打标通过高能激光束对材料表面进行物理或化学反应，实现永久性的打标；激光焊接则是利用高能激光束对焊缝进行加热和熔化，实现材料的连接。
激光的基本原理及应用
激光的基本原理及应用激光的基本原理•激光原理是利用光的放大和共振作用产生高纯度、高亮度、高一致性的光束。
•激光的放大过程是通过用能中心分子通过受激辐射得到所需的激光能量。
•激光的共振过程是通过光学反射或折射使光束在谐振腔中来回传输，从而增强光的振幅。
激光的应用领域1.医学–激光在眼科手术中被广泛应用，如激光近视手术。
–激光在皮肤美容领域也有广泛应用，如激光祛斑、激光脱毛等。
–激光可用于癌症治疗中的光动力疗法。
2.通信–激光在光纤通信中起重要作用，通过激光将信息转换成光信号传输。
–激光通信具有高速传输、高容量和低损耗等优势。
3.制造业–激光在制造业中被广泛应用，如激光切割、激光焊接、激光打标等。
–激光加工具有高精度、高效率和无接触的特点，可应用于金属材料、塑料等的加工。
4.科学研究–激光在科学研究中用于精密测量、材料分析等领域。
–激光光谱、激光干涉技术等在科学研究中有广泛应用。
激光的特点•激光是单色、相干和定向性极好的光束，具有狭窄的频谱和方向性。
•激光光束具有高能量、高亮度和高聚焦能力。
•激光可通过调整功率和波长来适应不同的应用需求。
激光的发展历程•20世纪60年代，人类首次实现了激光器的运转。
•20世纪70年代，激光技术得到迅速发展，应用领域逐渐扩展。
•20世纪80年代以后，激光技术在医学、通信、制造业等领域取得重大突破。
激光的未来发展•随着技术的不断进步，激光在医疗诊断、材料加工、通信传输等领域有更广阔的应用前景。
•激光技术的独特性和优势将推动其在科学研究和工业制造中的进一步发展。
结论激光作为一种特殊的光源，具有自然光无法比拟的特点。
通过激光技术的应用，我们在医学诊断、通信传输、制造业等领域取得了重大突破。
随着激光技术的不断发展，相信激光还将在更多领域发挥重要作用，为人类带来更多的创新和进步。
激光原理及其应用
激光原理及其应用摘要：本文主要介绍激光的物理学基本理论和原理，激光器的结构、振荡条件，还介绍了激光的模和激光振荡模的概念，通过调Q和Q开关技术提高激光器输出功率和压缩激光脉冲宽度，通过锁模技术形成脉冲宽度极窄、功率极高的激光。
然后介绍了激光技术特性以及在实践中的应用：激光精密计量、激光信息处理、强激光的应用、激光医学、激光生物应用、激光武器、科学实验应用。
Abstract: This paper introduces the basic theory of laser physics and principles, the structure of laser oscillation condition, also introduced the laser modules and laser oscillation mode of the concept of a Q-and Q-switching technology to improve laser output power and laser pulse width compression by clamping techniques to form a very narrow pulse width, high power laser. Then introduced laser technology features and applications in practice: laser precision measurement, laser information processing, laser applications, laser medicine, biological applications of laser, laser weapons, scientific experiments application.激光是二十世纪六十年代出现的一种新型光源——激光器发出的光。
激光原理与应用-上海理工大学
c l0
各种介质中传播时，保持其原有频率不变，而速度各不相同
υcυl(ll0)
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折射率始终大于1？
自然界中所有材料的折射率均大于1，各种气体的折射率 近似等于1； 负折射率材料：当介电常数<0，磁导率<0时，折射率 n=-()1/2，小于零（人造材料，2000年后）
用复负折射率 材料做增益介 质？
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我国激光器研究情况
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激光技术发展简史之三
激光应用技术
➢ 信息技术方面的应用：光通讯，光存储，光放大，光计算， 光隔离器
➢ 检测技术方面的应用：测长，测距，测速，测角，测三维 形状
➢ 激光加工：焊接，打孔，切割，热处理，快速成型 ➢ 医学应用：外科手术，激光幅照（皮肤科、妇产科），眼
科手术，激光血照仪，视光学测量 ➢ 科学研究方面的应用：激光核聚变，重力场测量，激光光
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光的波粒二象性
波动性：传播过程 ➢ 具有频率、波长、偏振
粒子性：光与物质相互作用 ➢ 具有能量、动量、运动质量
光波是电磁波 ➢ 振动的电场； ➢ 振动的磁场
l 光与大多数探测器作用时，主要是电矢量起作用，故把电 矢量称作光矢量
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光的波粒二象性
光波是横波，有偏振方向，激光本质上讲是偏振光---偏振 方向有时随时间变化
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单色平面波
(1) 平面波 波阵面或等相位面：光波相位相同的空间各点所连成的面 平面波：波阵面是平面 实际生活中无穷远处传来的光，透镜前焦点上光源通过透 镜形成的光束可以看成平面波
(2) 单色平面波：具有单一频率的平面波 准单色波：实际上不存在完全单色的光波，总有一定的
频率宽度，如 称为准单色波。
空间的分布
激光原理与应用
激光原理与应用激光（Laser）是一种高延展性、高亮度的光源，它具有许多特殊的物理性质，不仅在科研领域中有着广泛的应用，而且在工业、医疗、通信、军事等领域中也有着重要的地位。
本文将从激光的原理、激光的特点和分类以及激光在不同领域中的应用等几个方面进行详细介绍。
一、激光原理激光是由外部能量提供的光源，其原理可以简单地概括为三个步骤：受激辐射、放大、所构成的正反馈回路。
受激辐射是激光产生的关键步骤，即在低能量条件下激发大量原子或分子处于高能级的电子，使其处于亚稳态。
当这些高能态的粒子再受到足够的低能量激发时，它们会释放一个符合自然能级规律的光子，使得其他处于亚稳态的粒子也被刺激而放出光子，从而形成连锁反应。
接着是激光的放大过程，即通过一组高反射率和低反射率的镜子，使得激光光束来回反复放大。
其原理类似于啁啾腔，逐渐把同相的光复合在一起加幅，形成了一束高亮度、高单色性的激光光束。
最后是所构成的正反馈回路，它保证了激发光子的数量始终保持在一个恒定的水平。
激光的光子始终在构成的空腔之中来回飞舞，并被不断地反射、透射和吸收，进而保证光子的数目始终相同。
二、激光的特点和分类激光具有几个特殊的物理性质，例如相干性、单色性、聚焦性以及偏振性等，由此产生了众多应用。
1. 相干性：相对于常规的光源，激光具有极高的相干性，这意味着光的能量大体上都聚集在一个方向上，更容易进行定向控制和光束对准。
2. 单色性：激光发出的光线是单色光，只有一种波长。
与其他光源相比，激光的单色性更优越，因此激光在光谱学、光谱分析等领域有着广泛的应用。
3. 聚焦性：激光具有较强的聚焦性，能够将能量集中在一个小的区域内，产生高强度的光束。
由此产生了大量的切割、打孔、焊接、刻印等应用。
4. 偏振性：激光具有明显的偏振性，能够实现线偏振、圆偏振、椭圆偏振等多种形式。
这种特性使得激光在光学成像、光学计量学、光谱分析等领域得到了广泛的应用。
根据光学器件不同，激光可以分为气体激光、固体激光、半导体激光、液体激光和自由电子激光等几类。
激光原理及应用的答案
激光原理及应用的答案1. 激光原理激光是指通过激活原子、分子或离子的能级从而形成一种具有高强度、高单色性和高相干性的电磁辐射的过程。
激光的产生基于以下几个原理：•受激辐射：当一个物质中某个能级的粒子被外界的激发所占据时，如果有一个辐射场作用于这些粒子，它们就可能跳到较低能级，从而向辐射场辐射出一个与外界辐射场的频率和相位相同的光子，这就是受激辐射。
•斯托克斯辐射：当一个粒子从一个高能级跃迁到一个低能级，同时放出一个光子，这个过程称为斯托克斯辐射。
斯托克斯辐射是激光产生过程中的重要原理之一。
•光增强：通过将一系列粒子激发到一个高能级，然后通过受激辐射放出一束光，然后再将该光束通过增强反射和光放大等技术放大，从而形成一束高强度的激光。
2. 激光的应用激光作为一种特殊的光源，具有许多重要的应用。
下面列举了一些主要的激光应用：•激光切割和焊接：激光切割和焊接技术广泛应用于金属加工、电子制造和汽车制造等领域。
激光切割和焊接具有高精度、高效率和无污染等优点，在工业生产中发挥着重要作用。
•激光医学：激光在医学领域有广泛的应用，如激光手术、激光治疗、激光诊断等。
激光手术使用高能激光在手术过程中进行切割、蒸发、烧灼等操作，具有创伤小、恢复快的优点。
激光治疗可以用于肿瘤治疗、皮肤美容等方面。
激光诊断可以用于眼科、皮肤病等疾病的检测和治疗。
•激光测距和测速：激光测距和测速技术被广泛应用于工程建设、地质勘探、安防监控等领域。
利用激光的高单色性和高相干性，可以实现精准的距离和速度测量。
•激光通信：激光通信技术是一种高速、大容量的无线通信技术。
激光通信利用激光器将信息通过光波传输，具有传输速度快、抗干扰能力强的优点，可以用于远距离的通信。
•激光显示：激光显示技术是一种新型的显示技术，具有高亮度、高对比度和高颜色纯度等特点。
激光显示可以用于电视、电影院、虚拟现实等领域，提供更好的显示效果和观看体验。
3. 激光的发展和前景激光技术的发展正在不断推动人类科技的进步。
激光原理与应用讲第四章优秀课件
5.其他方法还包括：
凹凸透镜选模、腔内加临界角反射器选模、利用调Q选模等。
小结：
Ø 激光单纵模选取的基本方法 —— 短腔法。 Ø 激光单横模选取的基本方法 —— 光阑法。
基本概念
稳定度是指激光器在一次连续工作时间内的频率漂移与振荡频率之比 S ν ν
复现性是激光器在不同地点、时间、环境下使用时频率的相对变化量 R ν ν
基本做法是在谐振腔内插入一个适当大小的小孔光阑。
4.聚焦光阑法和腔内望远镜法选横模
(1)聚焦光阑法：如图4-6所示，在腔内插入一组透镜组，使光束在腔内传播时 尽量经历较大的空间，以提高输出功率。
图4-6 聚焦光阑法
(2)腔内加望远镜系统的选横模方法，其结构如图4-7所示。
图4-6 聚焦光阑法
图4-7 腔内望远镜法
(1) 当强度很大的光通过均匀增益型介质时粒子数反转分布值下降，增益系数 相应下降，但光谱的线型并不改变。
(2) 多纵模的情况下，如图4-1所示， 设有q-1，q，q+1三个纵模满足振荡条 件。随着腔内光强逐步增强，q-1和 q+1模都被抑制掉，只有q 模的光强继 续增长， 最后变为曲线3的情形。
图4-1 均匀增宽型谱线纵模竞争
从波动光学的角度讲，薄透镜的作用是改变光波波阵面的曲率半径。
4.3.1 高斯光束通过薄透镜时的变换
3. 将透镜的变换应用到高斯光束上。如图4-16所示，有以下关系：
111111 R R f R R f
实际问题中，通常 0 和 s 是已知的，此 时 z0 s ，则入射光束在镜面处的波阵面
半径和有效截面半径分别为：
'a I()2d 2 I01 2exp 2 a 1 2 2 ()
D
激光原理及应用
激光原理及应用激光，全称为“光的激发放大辐射”，是一种具有高度相干性、高能量密度和直线传播特性的光束。
它在现代科技领域有着广泛的应用，涉及医疗、通讯、制造、军事等多个领域。
本文将对激光的原理及其应用进行介绍。
首先，我们来了解一下激光的原理。
激光的产生是通过光子的受激辐射过程实现的。
在激光器中，通过外界能量的输入，使得原子或分子处于激发态，当这些激发态的原子或分子退激发时，会放出与入射光子一模一样的光子，这就是激光的产生过程。
激光具有单色性、方向性和相干性，这些特性使得激光在各个领域都有着独特的应用价值。
其次，激光在医疗领域有着广泛的应用。
激光手术已经成为了一种常见的治疗方法，比如激光近视手术、激光美容手术等。
激光在医学影像诊断中也发挥着重要作用，比如激光扫描显微镜、激光造影技术等。
另外，激光在医疗器械的制造中也有着重要的应用，比如激光切割、激光焊接等技术。
在通讯领域，激光也扮演着重要的角色。
光纤通信是目前最主要的通讯方式之一，而激光器作为光源，是光纤通信系统中不可或缺的部分。
激光在光纤通信中发挥着传输信号的作用，其高速、高带宽的特性使得光纤通信有着比传统通信更大的优势。
在制造领域，激光也有着广泛的应用。
激光切割技术可以对金属、非金属材料进行高精度、高效率的切割，广泛应用于汽车制造、航空航天等领域。
激光焊接技术可以实现对金属材料的高质量、高效率的焊接，被广泛应用于电子、航空等领域。
在军事领域，激光也有着重要的应用。
激光制导武器、激光通信系统、激光雷达等技术在现代军事中发挥着重要作用，提高了军事装备的精准度和战场信息传输的速度。
总的来说，激光作为一种特殊的光束，具有独特的物理特性，使得其在医疗、通讯、制造、军事等领域都有着广泛的应用。
随着科技的不断进步，相信激光技术在未来会有更加广阔的发展空间，为人类社会的发展做出更大的贡献。
激光原理与应用技术
激光原理与应用技术激光（Laser）是绝大部分人熟知的一个词语，它的应用范围非常广泛且多样化。
激光的应用可以是工业上的切割、焊接、打标等，也可以是医学上的手术、治疗、激光眼保健等。
而激光的原理则是激光技术得以应用的基础。
本文将对激光的原理与应用技术进行简要介绍。
激光是一种高度集中、高强度的光束，其产生基于三个基本过程：激励、放大和反射。
首先，激光器中通过输入能量对物质激发至一定的高能态，形成能级的反转。
然后，在光学谐振腔的作用下，激发的粒子通过一系列的受激辐射和自发辐射的过程中，被引导向具有相同相位的光子。
最后，在反射镜的作用下，光子通过激光器的出射镜成为一束高纯度、单色性极好的激光。
激光的应用技术可以说是无所不在。
在工业上，激光的应用对于切割、焊接、打标等领域起到了非常重要的作用。
通过激光技术，可以实现对金属、塑料等材料的精细切割，大大提高了生产效率和质量。
而在制造业中，激光焊接则是一种高效、高精度的焊接方式，能够实现对复杂结构的焊接，避免了传统焊接方式可能引起的形变和热影响等问题。
此外，激光打标技术也被广泛应用于产品标识、防伪等方面。
医学领域也是激光应用的重要领域之一。
激光手术技术在眼科手术、皮肤整形、牙科等方面得到广泛应用。
激光眼科手术中，激光束聚焦在近视眼患者的角膜上，通过改变角膜的曲率来矫正视力，从而彻底摆脱眼镜或隐形眼镜的依赖。
激光皮肤整形技术则可以用于去除皮肤上的痣、疤痕、纹身等。
此外，激光还被用于牙科治疗，可以用于牙齿美白、龋齿治疗以及牙齿矫正等。
除了工业和医学领域，激光在科学研究、通信、测量等方面也有着广泛的应用。
在科学研究中，激光技术被用于精密测量、物质分析、光谱学等研究领域，具有极高的灵敏度和精确性，可以帮助科学家们深入了解物质的特性和行为。
在通信领域，激光通信技术被用于实现光纤通信，其传输速度快、容量大，被广泛应用于互联网、电视广播等。
在测量领域，激光雷达技术可以实现高精度的距离测量和三维地图构建，被广泛应用于地理测绘、环境监测等领域。
激光原理与应用
激光原理与应用
激光，全称为“光学激振射光”，是一种特殊的光，具有高亮度、单色性、相
干性和方向性等特点。
激光的产生是通过激发原子、分子或离子，使其能级跃迁，然后通过受激辐射产生的一种光。
激光在各个领域都有着广泛的应用，例如激光医学、激光通信、激光制造等，其应用已经渗透到我们生活的方方面面。
首先，我们来了解一下激光的产生原理。
激光的产生主要是通过三个过程，吸
收能量、寿命延长和受激辐射。
当原子、分子或离子吸收能量后，其能级将发生跃迁，此时处于激发态的原子、分子或离子会通过受激辐射的过程向基态跃迁，产生与激发辐射相同的光子，这就是激光的产生过程。
激光的产生需要具备激发源、增益介质和光学腔这三个基本条件。
其次，我们来探讨一下激光的应用领域。
激光在医学领域有着广泛的应用，例
如激光手术、激光治疗等，其精准的特性使得激光在医学诊疗中有着独特的优势。
在工业制造领域，激光切割、激光焊接等技术已经成为了现代制造业中不可或缺的一部分。
另外，激光在通信领域也有着重要的应用，激光通信具有传输速度快、信息容量大等优点，是未来通信领域的发展方向之一。
除此之外，激光在环境监测、科学研究、文化艺术等领域也有着重要的应用价值。
例如，激光在大气污染监测、气象探测等方面发挥着重要作用；在科学研究中，激光在原子、分子、光子等微观领域的研究中有着不可替代的作用；在文化艺术领域，激光投影、激光表演等形式已经成为了现代文化艺术表现的重要方式。
总的来说，激光作为一种特殊的光，其产生原理和应用价值都是非常广泛的。
随着科技的不断发展，相信激光在未来会有更加广阔的应用前景，为人类的生产生活带来更多的便利和进步。
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频率宽度，如 称为准单色波。
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单色平面波
理想的单色平面波
单色平面波的表示---行波方程
了受激辐射的概念，预 测到光可以产生受激辐 射放大。
Einstein
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激光技术发展简史之一
理论基础： ➢ R.C.Tolman指出：
具有粒子数反转的介 质具有光学增益（产 生激光的基本条件之 一）（1924）。
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Tolman
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激光技术发展简史之一
实验基础：
➢ Prokhorov和 H.Townes分别 独立报导了第一 个微波受激辐射 放大器(Maser) （1953）
来自纳层 的反射光 （高度约
100km)
最大高度 约35km
来自空气 分子的 Rayleigh光
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激光测距与激光雷达
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22
激光切割
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长度测量
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生物和医学应用
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激光技术涉及的学科
物理（光学） 精密加工（光学谐振腔的制作） 光学加工（光学镀膜、光学装调） 电子技术（激光电源、控制电路） 应用技术基础（数学方法、误差理论）
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辐射跃迁： ➢受激吸收； ➢自发辐射； ➢受激辐射
激光
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5
激光
粒子数反转
激光原理就是要研究光 的受激辐射是如何在激 光器内产生并占主导地 位而抑制自发辐射！
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6
激光技术发展简史之一
理论基础：
➢ 爱因斯坦的光子学说 (1905)；
➢ 波粒二象性(1909) ➢ 辐射理论(1917)：提出
➢ 科学研究方面的应用：激光核聚变，重力场测量，激光光 谱，激光对生物组织的作用，激光制冷，激光诱导化学过 程等等
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光盘存储器原理—激光刻蚀与读出
优质课堂
17
偏振光显微镜
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18
激光全息防伪人民币（建国50周年纪念币）
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19
激光控制核聚变
优质课堂
20
天文台（激光导航星）
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折射率始终大于1？
自然界中所有材料的折射率均大于1，各种气体的折射率 近似等于1； 负折射率材料：当介电常数<0，磁导率<0时，折射率 n=-()1/2，小于零（人造材料，2000年后）
用复负折射率 材料做增益介 质？
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单色平面波
(1) 平面波 波阵面或等相位面：光波相位相同的空间各点所连成的面 平面波：波阵面是平面 实际生活中无穷远处传来的光，透镜前焦点上光源通过透 镜形成的光束可以看成平面波
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激光技术发展简史之三
激光应用技术
➢ 信息技术方面的应用：光通讯，光存储，光放大，光计算， 光隔离器
➢ 检测技术方面的应用：测长，测距，测速，测角，测三维 形状
➢ 激光加工：焊接，打孔，切割，热处理，快速成型
➢ 医学应用：外科手术，激光幅照（皮肤科、妇产科），眼 科手术，激光血照仪，视光学测量
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激光
激光：Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation （Laser）。 激光是光的受激辐射。 激光的特点：单色性好,方 向性好；相干性好；亮度高. 基本沿某一条直线传播,通 常发散角限制在10-6球面度 量级的立体角内.
激光原理及应用
主讲老师：郭津博 天津工业大学
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学习目的与具体要求
目的：掌握激光原理和激光技术有关知识，学习 理论结合实际应用高技术的某些方法。
独立完成课后作业、闭卷考查。
平时成绩30%， 考试成绩70%。（可调整）
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2
普通光源
普通光源是光的自发辐射。 特点：多波长、任意方向、 不相干。 普通光源向四面八方辐射, 光线分散到4p球面度的立体 角内.
(1)波长:振动状态在经历一个周期的时间内向前传播的距离。
(2)光速 c 2.998108 m / s 3108 m / s
(3)频率：光矢量每秒钟振动的次数 1
T
(4)三者的关系
在真空中
c l0
各种介质中传播时，保持其原有频率不变，而速度各不相同
υ c υ l (l l0 )
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Townes
Prokhorov
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激光技术发展简史之一
1958年Townes和 Schawlow抛弃了尺度 必须和波长可比拟的封 闭式谐振腔的老思路， 提出利用尺度远大于波 长的开放式光谐振腔实 现Laser的新想。
Schawlow
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激光技术发展简史之一
美国休斯公司实验室一位从事 红宝石荧光研究的年轻人梅曼 在1960.5.16利用红宝石棒首 次观察到激光； 梅曼在7月7日正式演示了世 界第一台红宝石固态激光器； 他在Nature(8月16日)发表了 一个简短的通知。
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Maiman
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激光技术发展简史之一
Maiman的第一台激光器
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中国第一台激光器（1961）
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激光技术发展简史之二
各种激光器的开发: 工作物质：固体，气体，染料，化学，离子，原 子，半导体，X射线 输出功率：大功率，低功率 工作方式：短脉冲，脉冲，超短脉冲，连续 输出稳定性：稳频率，稳功率，稳方向
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我国激光器研究情况
激光器的第一台
研制成功时间 研 制 人
红宝石激光器（我国第一台) 1961年11月
He-Ne激光器
掺钕玻璃激光器 Biblioteka aAs同质结半导体激光器 CO2分子激光器
1963年7月
1963年6月 1963年12月 1965年9月
邓锡铭、 王之江 邓锡铭等
干福熹 王守武 王润文等
光波是电磁波 ➢ 振动的电场； ➢ 振动的磁场
l 光与大多数探测器作用时，主要是电矢量起作用，故把电 矢量称作光矢量
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光的波粒二象性
光波是横波，有偏振方向，激光本质上讲是偏振光---偏振 方向有时随时间变化
y
Ey
E
(1)线偏振光
x Ex
(2)自然光
传播方向 z
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光速、频率和波长三者的关系
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第一章 辐射理论概要与激光产生条件
§1.1 光波、光子——光的波粒二象性 §1.2 原子能级和辐射跃迁 §1.3 受激辐射 §1.4 光谱线增宽 §1.5 激光形成条件
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光的波粒二象性
波动性：传播过程 ➢ 具有频率、波长、偏振
粒子性：光与物质相互作用 ➢ 具有能量、动量、运动质量