2024年度-激光原理与技术第一部分

利用电光、声光等效应对激光束 进行调制，实现信息的加载和传 输。
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激光束的聚焦与准直
激光束的聚焦方法
01
通过凸透镜或凹透镜将激光束聚焦成一点或一线，提高激光的
能量密度。
激光束的准直技术
02
利用自准直仪或平行光管等仪器对激光束进行准直，确保激光
束在传播过程中的稳定性和方向性。
激光束的聚焦与准直应用
激光原理与技术第一部分
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contents
目录
• 激光基本原理 • 激光器基本结构与技术 • 激光束特性与传输 • 激光与物质的相互作用 • 激光器的种类与应用
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01
激光基本原理
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光的自发辐射与受激辐射
自发辐射
原子或分子在没有外界作用下，由 于自身能级的不稳定性而自发地从 高能级向低能级跃迁，同时发射出 一个光子的过程。
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THANKS
感谢观看
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提供正反馈，保证有足够的光子数引起受激辐射；选择光波模 式，确定输出光束的方向和模式。
光束质量评价
光束发散角、光束截面内的光强分布、光束的稳定性等。
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03
激光束特性与传输
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激光束的几何特性
激光束的截面形状
通常为圆形或椭圆形，由激光器谐振腔的结构决 定。
激光束的发散角
表示激光束在空间中传播时的扩散程度，与激光 器的质量和光束的波长有关。
03
泵浦源
提供能量使工作物质实现 粒子数反转分布。
工作物质
产生受激辐射放大作用的 物质体系。
光学谐振腔
由反射镜或反射面构成， 使光在其中来回反射以形 成光放大。
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工作物质与激励方式
工作物质
固体、液体、气体、半导体等。
激励方式
光泵浦、电激励、化学激励、核激励等。
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光学谐振腔与光束质量
光学谐振腔的作用
散射
激光与物质相互作用时，部分能 量向各个方向散射。
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激光的热作用与力学效应
热作用
激光能量被物质吸收后转化为热能， 导致物质温度升高。
力学效应
激光辐射压力对物质产生力的作用， 引起物质的位移或变形。
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激光的波动效应与非线性效应
波动效应
激光具有波动性，与物质相互作用时产生干涉、衍射等波动现象。
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激光的产生与特性
激光的产生பைடு நூலகம்
在粒子数反转的基础上，通过光学谐振腔的选模作用，使得特定波长的光在腔 内得到反复放大，最终从腔镜输出形成激光。
激光的特性
激光具有方向性好、亮度高、单色性好和相干性好的特点。这些特性使得激光 在各个领域都有广泛的应用。
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02
激光器基本结构与技术
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激光器的基本组成
01
02
受激辐射
原子或分子在外界光场的作用下， 从高能级向低能级跃迁并发射出一 个与入射光子完全相同的光子的过 程。
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粒子数反转与光放大
粒子数反转
在激光工作物质中，通过外界激励使 得高能级上的粒子数多于低能级上的 粒子数，形成粒子数反转分布。
光放大
当粒子数反转后，入射的光子将在工作 物质中引起受激辐射，产生更多的光子， 使得光强得到放大。
激光束的光斑大小
指激光束在某一截面上的光强分布范围，可通过 透镜等光学元件进行调节。
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激光束的传输与变换
01
激光束的传输方式
02
激光束的变换方法
03
激光束的调制技术
包括自由空间传输和光纤传输等， 不同传输方式对激光束的质量和 稳定性有不同影响。
通过透镜、反射镜、棱镜等光学 元件实现激光束的放大、缩小、 偏转等变换。
03
在材料加工、医疗、科研等领域中，聚焦和准直技术对于提高
激光应用的精度和效率具有重要意义。
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04
激光与物质的相互作用
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激光与物质相互作用的基本过程
吸收
激光能量被物质吸收，导致物质 内部能量增加。
折射
激光在物质内部传播时，由于折 射率的变化而发生折射。
反射
激光在物质表面发生反射，遵循 反射定律。
非线性效应
在高功率密度下，激光与物质相互作用表现出非线性特性，如自聚焦、自散焦等。
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05
激光器的种类与应用
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固体激光器及其应用
种类
红宝石激光器、钕玻璃激光器、YAG激光器等。
应用
固体激光器广泛应用于工业、医疗、科研等领域，如材料加工、激光测距、光谱分析等。
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气体激光器及其应用
种类
氦氖激光器、二氧化碳激光器、氩离子激光器等。
应用
气体激光器主要用于科研、医疗、军事等领域，如激光雷达、激光武器、激光通信等。
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液体激光器及其应用
种类
染料激光器、半导体液体激光器等。
VS
应用
液体激光器在生物医学、光化学等领域有 广泛应用，如荧光显微镜、光动力疗法等。
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化学激光器及其应用
种类
碘激光器、氟化氢激光器等。
应用
化学激光器主要用于军事和科研领域，如激 光雷达测距、大气环境监测等。