光电子技术__激光.pptx

处于激发态的原子，在
其发生自发辐射前，若受到
某一外来光子的作用，而且
外来光子的能量恰好满
足子就h有v 可能E从2激发E态1E2，跃原迁
至低能态E1，同时放出一个
与外来光子具有完全相同状
态的光子。如图所示。这一
过程被称为受激辐射。
E2
E1
无辐射跃迁
Light or laser
hv
E2
hv
hv
E1
受激辐射示意图
作为计量工作的基准光源。例如，用单色、稳频激光器
作为光频计时基准，它在一年内的计时误差不超过1微
秒，大大超过原子钟的计时精度。
荧光光谱
λn 400 600 800 m 图 普通光源荧光光谱， 谱线宽度约为：150 nm
3.高亮度： 光源亮度是指光源单位发光表面在单位时间 内沿单位立体角所发射的能量，普通光源的亮度 相当低，例如，太阳表面的亮度比蜡烛大30万倍， 比白炽灯大几百倍。而一台普通的激光器的输出 亮度，比太阳表面的亮度大10亿倍。激光器的输 出功率并不一定很高，但由于光束很细，光脉冲 窄，光功率密度却非常大。
2.单色性极强：
从普通光源（如钠灯、汞灯、氪灯等）得到的单色
光的谱线宽度约为10-2纳米，单色性最好的氪灯（86Kr）
的谱线宽度为4.7×10-3纳米。而氦氖激光器发射的
632.8纳米激光的谱线宽度只有10-9纳米。若从多模激光
束中提取单模激光，再采取稳频技术措施，还可以进一
步提高激光的单色性。利用激光良好的单色特性，可以
（3）外部的工作环境必须满足一定的阈值条件，以 促成激光的产生。这些阈值条件大体包括：减少损耗， 加快抽运速度，促进（粒子数）反转等。像工作物质的 混合比、气压、激发条件、激发电压等等。
激光器简介 目前激光器的种类很多。按工作物质的性质分类，
大体可以分为气体激光器、固体激光器、液体激光器； 按工作方式区分，又可分为连续型和脉冲型等。其中每 一类激光器又包含了许多不同类型的激光器。按激光器 的能量输出又可以分为大功率激光器和小功率激光器。 大功率激光器的输出功率可达到兆瓦量级，而小功率激 光器的输出功率仅有几个毫瓦。如前所述的He-Ne激光 器属于小功率、连续型、原子气体激光器。红宝石激光 器属于大功率脉冲型固体材料激光器。
§ 1. 激光的基本原理 按量子力学原理，原子只能稳定地存在于一系列能
量不连续的定态中，原子能量的任何变化（吸收或辐射） 都只能在某两个定态之间进行。我们把原子的这种能量 的变化过程称之为跃迁。光子与物质原子相互作用过程 中，存在三种类型的跃迁。即：吸收、自发辐射和受激 辐射。
E3 E2
E1光子的刺激作用下发生的，而 且受激辐射出的光子，与入射光子具有相同的频率，相 同的初相，相同的传播方向，相同的偏振态等。即与外 来光子具有完全相同的状态。在受激辐射过程中，输入 一个光子，可以得到两个状态完全相同光子的输出。并 且这两个光子可再作用于其他原子上，产生受激辐射， 而获得大量特征完全相同的光子。这便是受激辐射的光 放大。下图就是受激辐射光放大的示意图。
40多年来，激光技术与应用发展迅猛，已与多 个学科相结合形成多个应用技术领域，比如光电技 术，激光医疗与光子生物学，激光加工技术，激光 检测与计量技术，激光全息技术，激光光谱分析技 术，非线性光学，超快激光学，激光化学，量子光 学，激光雷达，激光制导，激光分离同位素，激光 可控核聚变，激光武器等等。这些交叉技术与新的 学科的出现，大大地推动了传统产业和新兴产业的 发展。
hv
输入 hv
hv hv
hv hv 输出
hv
光放大示意图
无辐射跃迁
产生激光的必要条件
Light or laser
（1）选择具有适当能级结构的工作物质，在工作物 质中能形成粒子数反转，为受激辐射的发生创造条件；
（2）选择一个适当结构的光学谐振腔。对所产生受 激辐射光束的方向、频率等加以选择，从而产生单向性、 单色性、强度等极高的激光束；
光子学在创造科学技术的最新记录
激光技术
§1. 激光的基本原理 §2. 激光技术应用简介 §3. 激光技术的前景
激光技术是人类探索自然和改造自然的强有力工 具。
与电子电力技术、自动化测控技术的完美结合， 激光技术能够更好的为人类创造美好生活。
“激光” （LASER）一词是受激辐射光放大
（Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation）的缩写。 1960年，美国物理学家梅曼（Maiman）在实验 室中做成了第一台红宝石(Al2O3:Cr)激光器。我国于 1961年研制出第一台激光器，从此以后，激光技术 得到了迅速发展，引起了科学技术领域的巨大变化。
4.相干性好：普通光源（如钠灯、汞灯等）其相干 长度只有几个厘米，而激光的相干长度则可以达到几十 公里，比普通光源大几个数量级。因此也可以说激光具 有非常好的相干性。用激光做光源进行光的干涉、衍射 实验，可以得到非常好的效果。另外，激光问世以来， 推动了全息光学技术、激光光谱技术的发展。
由于激光具有上述这些良好的特性，从而突破了传 统光源的种种局限性，引起了现代光学应用技术的革命 性发展。同时促进了包括化学、生物学、医学、工业加 工与检测技术、军事等科学的迅速发展。
激光的特性
1.单向性极好：普通光源向四面八方发射能量， 其能量分布在全空间4立体角内。而激光则是沿一 条直线传播，能量集中在其传播方向上。其发散角 很小，一般为10-5～10-8球面度。若将激光束射向几 千米以外，光束直径仅扩展为几个厘米，而普通探 照灯光束直径则已经扩展为几十米。激光的单向性 是由受激辐射原理和谐振腔的方向选择作用所决定 的。激光这种良好的单向性可用于定位、测距、导 航等。
理想锁模可获得窄脉冲激光
由于激光光源使光能量在时间和空间上高 度集中，因此，能在直径极小的区域内（10-3 毫米）产生几百万度的高温。从一个功率为 1kw的CO2激光器发出的激光束经过聚焦以后， 在几秒钟内就可以将5cm厚的钢板烧穿。工业 上利用激光高亮度的特性，在金属钻孔、焊接、 切割、表面热处理、表面氧化等方面的应用近 年来有很大的发展。