激光和激光器 ppt课件
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激光原理及应用PPT课件
激光治疗
通过激光照射病变组织，达到治 疗目的，如激光治疗近视、祛斑
等。
激光手术
利用激光进行微创手术，具有出 血少、恢复快、精度高等优点， 如激光心脏手术、激光眼科手术
等。
激光诊断
利用激光光谱技术对人体组织进 行检测和分析，为疾病诊断提供
依据。
军事国防领域应用
激光雷达
利用激光雷达进行目标探测、识别和跟踪，具有高分辨率、抗干 扰能力强等特点。
微型化与集成化
发展微型激光器，实现与其他光电器件的集成，推动光电子集成技 术的发展。
新型激光技术
研究新型激光技术，如光纤激光器、化学激光器等，拓展激光器的 应用领域。
高功率、高效率、高稳定性挑战
高功率激光器
提高激光器的输出功率，满足高能激光武器、激光聚变等领域的 需求。
高效率激光器
优化激光器的能量转换效率，降低能耗，提高激光器的实用性。
02
03
工作原理
通过激励固体增益介质 （如晶体、玻璃等）中的 粒子，实现粒子数反转并 产生激光。
特点
结构紧凑、效率高、光束 质量好。
应用领域
工业加工、医疗、科研等。
气体激光器
工作原理
利用气体放电激励气体分子或原子， 使其产生能级跃迁并辐射出激光。
特点
应用领域
激光切割、焊接、打孔等工业应用。
输出功率大、光束质量好、效率高。
激光原理及应用PPT课 件
contents
目录
• 激光原理基本概念 • 激光技术发展历程及现状 • 激光器类型及其特点分析 • 激光在各领域应用案例分析 • 激光安全问题及防护措施探讨 • 未来发展趋势预测与挑战分析
激光原理基本概念
激光原理及应用ppt课件
• 声光调Q是一种广泛使用的 Q开关方式，其有重复频率高、性能可靠的优点。
激光调制前
激光调制后
4.机械运动系统
• 基片送入后，高精度伺服电机在微机的控制下转动振镜的角度；
• 激光束通过扫描镜的反射，由f-θ场镜聚焦到基片的边缘位置上；
• 在微机上通过专用的控制软件输入总的清边面积、激光束的行走速度 和需要重复的次数；
E2
E2
E1
E1
自发辐射跃迁
自发辐射光子
c. 受激辐射（激光）: 当频率为=ν（E2-E1）/h的光子入射时，会引发粒子以一定的概率，迅 速地从能级E2跃迁到能级E1，同时辐射一个与外来光子频率、相位、偏振态以及传播方向都 相同的光子。
E2
E2
入射光子
E1
E1
受激辐射光子 入射光子
受激辐射跃迁 3-2 粒子数反转
(Top flat)
高斯
多元高斯
• 减少脉冲时间，高的峰值能量，更多的能量密度
Less pulse time, high peak power more energy density
能量密度=功率/频率/光斑面积
pulse
1.1uW/um=220W/20KHz/900um2
Hz
4.重叠率计算——Overlap
全反光镜
反光镜： （越75%
）
Shutter
激光器外形 接光纤
Q-Switch
晶体腔
功率计
激光器内部分解图（P4）
Q-Switch 半反镜
晶体腔 光纤耦合器
镜头聚焦原理——凸透镜
激光刻划原理——以P1为例
光斑
1.Beam Shaping （激光束形状）
• 一般的激光都为高斯分布的波形，即高斯光束，为实现特殊的制程需求，需要转变 成为扁平式波形的平顶光束，即Top Hat，通过透镜组改变光束质量和形状产生。
激光调制前
激光调制后
4.机械运动系统
• 基片送入后，高精度伺服电机在微机的控制下转动振镜的角度；
• 激光束通过扫描镜的反射，由f-θ场镜聚焦到基片的边缘位置上；
• 在微机上通过专用的控制软件输入总的清边面积、激光束的行走速度 和需要重复的次数；
E2
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E1
E1
自发辐射跃迁
自发辐射光子
c. 受激辐射（激光）: 当频率为=ν（E2-E1）/h的光子入射时，会引发粒子以一定的概率，迅 速地从能级E2跃迁到能级E1，同时辐射一个与外来光子频率、相位、偏振态以及传播方向都 相同的光子。
E2
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入射光子
E1
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受激辐射光子 入射光子
受激辐射跃迁 3-2 粒子数反转
(Top flat)
高斯
多元高斯
• 减少脉冲时间，高的峰值能量，更多的能量密度
Less pulse time, high peak power more energy density
能量密度=功率/频率/光斑面积
pulse
1.1uW/um=220W/20KHz/900um2
Hz
4.重叠率计算——Overlap
全反光镜
反光镜： （越75%
）
Shutter
激光器外形 接光纤
Q-Switch
晶体腔
功率计
激光器内部分解图（P4）
Q-Switch 半反镜
晶体腔 光纤耦合器
镜头聚焦原理——凸透镜
激光刻划原理——以P1为例
光斑
1.Beam Shaping （激光束形状）
• 一般的激光都为高斯分布的波形，即高斯光束，为实现特殊的制程需求，需要转变 成为扁平式波形的平顶光束，即Top Hat，通过透镜组改变光束质量和形状产生。
激光ppt课件
利用激光的特定波长和能量对物质进行光谱分析，研究物质的组成和 结构。
激光雷达
利用激光的反射和散射特性对大气进行探测和研究，用于气象预报、 气候变化等领域。
激光冷却和囚禁原子技术
利用激光的相干性和偏振特性实现对原子的精确控制和囚禁，用于研 究量子力学和量子计算等领域。
激光操控和微纳加工技术
利用激光的强光束和高能量密度对微小颗粒和纳米材料进行精确操控 和加工，用于制造微型机械、传感器、集成电路等领域。
信、卫星还原度等特点，未来将逐渐取代传 统的显示技术，成为主流的显示方 式之一。
医疗领域
激光技术在医疗领域的应用将更加 广泛和深入，如激光手术、激光治 疗等，为医疗领域的发展提供更加 先进和安全的技术手段。
04
CATALOGUE
激光的安全与防护
激光的危害
激光辐射对眼睛的危害
01
高强度激光辐射直接照射眼睛，可能导致视网膜损伤、黄斑病
变等严重眼病。
激光辐射对皮肤的危害
02
激光辐射长时间照射皮肤，可能导致皮肤灼伤、色素沉着、皮
肤老化等问题。
激光辐射对其他生物体的危害
03
激光辐射可能对其他生物体产生影响，如影响植物的光合作用
、影响动物的视觉和行为等。
激光的安全标准
激光焊接
通过激光束的高能量密度实现 材料的快速、高效焊接，提高 焊接质量和效率。
激光打标
利用激光的高能量密度在各种 材料表面进行永久性标记，广 泛应用于产品追溯、防伪鉴别 等领域。
激光清洗
利用激光的强光束和高温去除 各种材料表面的污垢和杂质， 具有环保、高效、无损等优点
。
医疗美容
01
02
03
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激光雷达
利用激光的反射和散射特性对大气进行探测和研究，用于气象预报、 气候变化等领域。
激光冷却和囚禁原子技术
利用激光的相干性和偏振特性实现对原子的精确控制和囚禁，用于研 究量子力学和量子计算等领域。
激光操控和微纳加工技术
利用激光的强光束和高能量密度对微小颗粒和纳米材料进行精确操控 和加工，用于制造微型机械、传感器、集成电路等领域。
信、卫星还原度等特点，未来将逐渐取代传 统的显示技术，成为主流的显示方 式之一。
医疗领域
激光技术在医疗领域的应用将更加 广泛和深入，如激光手术、激光治 疗等，为医疗领域的发展提供更加 先进和安全的技术手段。
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CATALOGUE
激光的安全与防护
激光的危害
激光辐射对眼睛的危害
01
高强度激光辐射直接照射眼睛，可能导致视网膜损伤、黄斑病
变等严重眼病。
激光辐射对皮肤的危害
02
激光辐射长时间照射皮肤，可能导致皮肤灼伤、色素沉着、皮
肤老化等问题。
激光辐射对其他生物体的危害
03
激光辐射可能对其他生物体产生影响，如影响植物的光合作用
、影响动物的视觉和行为等。
激光的安全标准
激光焊接
通过激光束的高能量密度实现 材料的快速、高效焊接，提高 焊接质量和效率。
激光打标
利用激光的高能量密度在各种 材料表面进行永久性标记，广 泛应用于产品追溯、防伪鉴别 等领域。
激光清洗
利用激光的强光束和高温去除 各种材料表面的污垢和杂质， 具有环保、高效、无损等优点
。
医疗美容
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《激光器介绍》课件
激光器与人工智能、3D打印等技术结合，创造更多智能化和多样化的应用。
结论和总结
激光器是一项伟大的科技创新，它在多个领域的应用不断拓展。我们必须充 分了解其原理和注意事项，推动激光技术的发展和应用。
《激光器介绍》PPT课件
欢迎来到《激光器介绍》的PPT课件! 本课程将带您深入了解激光器的定义和 原理，以及其在不同领域的应用。让我们一起探索激光技术的无限潜力！
激光器的定义和原理
激光器是通过受激辐射产生的一种具有高度相干性、高照射强度和直行性的 光源。它的工作原理基于光子的双能态能级跃迁。
不同类型的激光器
戴眼镜
在使用激光器时，务必佩戴适当的激光安全眼镜以保护视力。
避免直射
避免将激光束直接照射到人体和易燃物上，以免引发安全事故。
操作规范
按照使用说明进行操作，确保激光器使用安全可靠。
激光器的发展趋势
1
更小更强
激光器体积将进一步缩小，但功率将持续增强，提供更多应用领域。
2
更高效更环保
激光器的效率将提高，能源消耗将减少，以促进可持续发展。
1 气体激光器
使用气体作为激发介质， 例如二氧化碳激光器和氩 离子激光器。
2 固体激光器
使用固态材料作为激发介 质，例如Nd:YAG激光器和 钛宝石激光器。
3 半导体激光器
使用半导体材料作为激发 介质，例如激光二极管和 垂直腔面发射激光器。
激光器的应用领域
医疗行业
激光器在手术、皮肤治疗和眼 科手术等领域有广泛应用。
通信领域
激光信号传输在光纤通信和激 光雷达等领域发挥重要作用。
制造业
激光切割、激光焊接和激光打 印等技术在制造业中得到广泛 应用。
激光器的优点与限制
激光原理与技术PPT(很全面)
激光束质量对应用的影响
分析激光束质量对激光加工、光通信、激光雷达等应用的影响。
激光束的控制与整形
激光束控制技术
探讨通过光学元件、机械装置等手段对激光束进行控制的原理和 方法。
激光束整形技术
介绍将激光束整形为特定形状（如平顶、环形等）的原理和方法， 以及整形后激光束的特性。
激光束控制与整形的应用
阐述激光束控制与整形在材料加工、生物医学、光通信等领域的应 用实例。
激光Байду номын сангаас眼睛的危害
激光束直接照射眼睛，可能导致视网膜烧伤、视力下降甚至失明。防护措施包 括佩戴合适的激光防护眼镜，避免直接观看激光束。
激光对皮肤的危害
激光照射皮肤可能导致烧伤、色素沉着、皮肤癌等。防护措施包括穿戴防护服 、使用防晒霜等。
激光安全标准与防护措施
激光安全标准
国际电工委员会（IEC）和美国国家标准学会（ANSI）等制定了激光安全标准， 对激光产品的分类、标识、使用等做出了规定。
液体激光器
染料激光器
使用有机染料作为增益介质，通 过泵浦光激发染料分子产生激光 ，具有宽调谐范围和短脉冲输出 能力。
液体激光核聚变
利用高功率激光束照射含有氘、 氚等聚变燃料的靶丸，实现核聚 变反应，是惯性约束聚变研究的 重要手段。
半导体激光器
边发射半导体激光器
电流注入半导体PN结，电子与空穴 复合释放能量形成激光输出，具有体 积小、效率高、寿命长等优点。
激光手术
利用激光的高精度和可控性，进行微 创手术操作，如眼科手术、皮肤科手 术等。
生物医学成像
利用激光的高亮度和方向性，对人体 内部组织进行光学成像，以辅助医学 诊断和治疗。
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激光测量与检测技术
激光武器(原创完整)PPT课件
1、激光用作热源。 2、激光测距。 3、激光通信。 4、受控核聚变中的应用。 5、军事应用。
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1.What is激光武器
激光武器(Laser Weapon)是一种利用沿 一定方向发射的激光束攻 击目标的定向能武器 。
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9
2.激光武器的用途
激光武器在光电对抗、防 空、战略防御和摧毁卫星 中可发挥独特作用。1975 年10月18日，苏联使用了 激光武器破坏了美国647 预警卫星的外探测器。
3.激光红外灯。它和感红外摄像机、黑白CCD摄像机或微光夜视
设备组成夜视监控系统，实现24小时连续监控。该产品有效照明
距离远、使用寿命长，夜视成像效果好，隐蔽性高，彻底解决夜
视照明难题，是目前夜视监控最理想的红外照明产品。
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1.致盲型激光武器
致盲激光武器利用激光束照射人眼或武器装备 中的光电传感器等元部件，使之受到干扰、失 效或造成某些损伤的一类激光武器。
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3.激光在军事上的其他用途
1.激光传感器。利用激光的高方向性、高单色性和高亮度等特点 可实现无接触远距离测量。激光传感器常用于长度、距离、振动 、速度、方位等物理量的测量，还可用于探伤和大气污染物的监 测等。
2.激光制导。激光制导包括激光搜索制导和激光驾束制导。在激 光搜索制导中又包括主动制导、半主动制导和被动制导3种形式 。其中技术最成熟、在战场上使用最多的是半主动制导，激光制 导炸弹、激光制导导弹等均使用此种制导方式。
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激光武器的不足之处
世界上第一台激光器是红宝石激光器。它利用一个高强闪光灯管，来 刺激在红宝石色水晶里的铬原子，从而产生一条相当集中的纤细红色 光柱，当它射向某一点时，可使其达到比太阳表面还高的温度。现在 的激光器有固体激光器、气体激光器、液体激光器、半导体激光器和 自由电子激光器等五类。
激光原理与技术完整ppt课件
1.1.1所示)。每一模式在三个坐标铀方向与相邻模的间隔为
Δkx=л/Δx，Δky=л/Δy，Δkz=л/Δy 因此，每个模式在波矢空间占有一个体积元
(1.1.6)
ΔkxΔkyΔkz =л3 /（ΔxΔyΔz）=л3 /V
(1.1. 7)
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10
在k空间内，波矢绝对值处于|k|～|k|+d|k|区间的体积为(1／8)4л|k|2 d|k|，
可见，一个光波模在相空间也占有一个相格.因此，一个光波模等效于一个光子态。
一个光波模或一个光子态在坐标空间都占有由式(1.1.11)表示的空间体积。
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12
三、光子的相干性
为了把光子态和光子的相干性两个概念联系起来，下面对光源的相干性进行讨论。
在一般情况下，光的相干性理解为：在不同的空间点上、在不同的时刻的光波场的某
4.4 典型激光器的速率方程
3.5 空心介质波导光谐振腔的反馈耦合损耗 4.5 均匀加宽工作物质的增益系数
4.6 非均匀加宽工作物质的增益系数
4.7 综合均匀加宽工作物质的增益系数
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3
第五章 激光振荡特性
5.1 激光器的振荡阈值 5.2 激光器的振荡模式 5.3 输出功率和能量 5.4 弛豫振荡 5.5 单模激光器的线宽极限 5.6 激光器的频率牵引
ε=hv
（1.1.1）
式中 h＝6.626×10-34J．s，称为普朗克常数。
（2）光子具有运动质量m，并可表示为
（1.1.2）
光子的静止质量为零。
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（3）光子的动量P与单色平面光波的波矢k对应
（1
式中
n。为光子运动方向(平面光波传播方向)上的单位矢量。 4．光于具有两种可能的独立偏振状态，对应于光波场的两个独立偏振方向。 5．光于具有自旋，并且自旋量子数为整数。因此大量光于的集合， 服从玻色—爱因斯坦统计规律。处于同一状态的光子数目是没有限制的， 这是光子与其它服从费米统计分布的 粒子(电子、质子、中子等)的重要区别。 上述基本关系式(1.1.1)相(1.1.3)后来为康普顿(Arthur Compton)散射实验所证实 (1923年)，并在现代量子电动力学中得到理论解释。量子电动力学从理论上把光的电磁 (波动)理论和光子(微粒)理论在电磁场的量子化描述的基础上统一起来，从而在理论上 阐明了光的波粒二象性。在这种描述中，
《激光原理》PPT课件
对未来学习建议
深入学习激光原理相关知识
包括激光器设计、激光光束质量控 制、非线性光学等，为从事激光相 关领域工作打下坚实基础。
关注前沿动态
及时了解激光领域的最新研究进展 和前沿动态，把握发展趋势。
拓展跨学科知识
学习光学、电子学、材料学等相关 学科知识，拓宽视野，为深入研究 激光技术提供多维度支持。
实践与应用
通过实验操作、项目实践等方式， 将所学知识应用于实际问题的解决 中，提升实践能力和创新能力。
THANKS
感谢观看
液体染料激光器技术特点
具有宽调谐范围、高转换效率、短脉冲输出等优点。同时 ，液体染料激光器也存在染料稳定性差、需要定期更换等 缺点。
液体染料激光器应用领域
广泛应用于光谱学、生物医学、光化学等领域。例如，可 用于荧光光谱分析、激光医疗、光动力疗法等。
半导体材料发光机制及器件结构
半导体材料发光机制
半导体材料中的电子在导带和价带之间跃迁时，会释放出能量并以光子的形式发出。通过 控制半导体材料的能带结构和载流子浓度，可以实现不同波长的激光输出。
量子点激光器优势
宽频带可调谐、低阈值电流、高稳定性等
其他新型激光器简介
表面等离激元激光 器
利用表面等离激元效应实现光放大和激光
微腔激光器
利用微纳加工技术实现高品质因子微腔，实现低阈值激光
生物激光器
利用生物组织或细胞中的荧光物质实现激光输出，具有生 物相容性和可降解性等优点。
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激光调制、检测与应用 技术
典型案例分析：激光雷达测距系统
工作原理
激光雷达测距系统通过发射激光 束并接收目标反射回来的光信号 ，根据光信号的时间差或相位差 计算出目标距离。
相关主题
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爱因斯坦在1916年提出受激辐射的概念。预言了受激辐射的存在和光放 大的可能性。 1954年制成了第一台微波量子放大器，获得了高度相干的微波束 1958年，美国科学家汤斯和肖洛发现了一种神奇的现象：当他们将氖光 灯泡所发射的光照在一种稀土晶体上时，晶体的分子会发出鲜艳的、始终 会聚在一起的强光。 激光原理：物质在受到与其分子固有振
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激 光 内 雕 刻
纳米牛
迄今为止世界上最小的牛。大小相当于红血球，
它体长只有10 微米，高7 微米，精度为120 纳米
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激光及其产生
英文全称为 Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation
缩写为Laser，中文也常音译为“镭射”。 1、概念： 激光准确内涵是“受激辐射的光放大”。
2、产生机理：原子受激辐射后发生跃迁
某些物质的原子中的粒子受光或电刺激， 使低能级的原子变成高能级原子，在向低能态 跃迁时辐射出相位、频率、方向等完全相同的 光，这种光叫作激光。
• 1967年，第一台Ｘ射线激光器研制成功。
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梅 曼 和 第 一 只 激 光 器
红宝石p激pt课件光器
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激光的产生
自然界存在两种不同的发光方式
发光方式
自发辐射 产 生 普通光 受激辐射 产生并加以放大 激光
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激光的产生
原子： 原子核、核外电子； 电子在不同的轨道； 不同轨道上电子能量 不同，稳定性不同
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自发吸收：电子通过吸收光子从低能阶跃迁到高能阶。
自发辐射：电子自发的通过释放光子子从高能阶跃迁到低能阶。
受激辐射：光子射入物质诱发电子从高能阶跃迁到低能阶，并释放光子。
入射光子与释放的光子有相同的波长和相，此波长对应于两个能阶的能
量差。一个光子诱发一个原子发射一个光子，最后就变成两个相同的光
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激光熔覆
激光熔覆航空发动机叶片
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激光雕刻
像用凿子凿石头一样用激光把原子从材料的表 面凿出——或者更确切地说“熔化（Ablate）” 是一项越来越受到欢迎的技术，可以用来制备 精细结构以形成微米或是纳米机器。
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激光刻字
激光雕刻
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激光打标
子。
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激光的产生
E4 E3 E2
E1
粒子数反转状态 E2 E1
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激光的产生
E4 E3 粒子数反转状态
E2
E1
粒子数反转是受激辐射光放大的先决条件
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实现粒子反转
通常实现粒子数反转要依靠两个以上的能级：低能级的粒子通 过比高能级还要高一些的泵浦能级抽运到高能级。一般可以用 气体放电的办法来利用具有动能的电子去激发激光材料，称为 电激励；也可用脉冲光源来照射光学谐振腔内的介质原子，称 为光激励；还有热激励、化学激励等。各种激发方式被形象化 地称为泵浦或抽运。为了使激光持续输出，必须不断地“泵浦” 以补充高能级的粒子向下跃迁的消耗量。
激光波长分布范围非常窄，颜色极纯.以输出红光的氦氖 激光器为例.其光的波长分布范围可以窄到2×10-9纳米. 是氪灯发射的红光波长分布范围的万分之二.
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相干性好
因为激光器产生的激光是频率相同，相位相 同的光，它当然与其它是激光频率相同、相 位差恒定，从激光器发出的光可以步调一致 的向同一个方向传播。激光的线谱宽度极窄 相应在空间的分布也不随时间变化，其相干 长度可达100km。
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激光灯——舞台演出、歌剧院、迪厅、酒吧、 广告等场所
香港维多利亚港湾灯光汇演
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激光全息技术
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光纤通讯
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激光在工业上的应用
• 激光已经广泛应用于切割、焊接、打标、 热处理、快速成型、涂敷和化学工业中。
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激光焊接
激光焊接具有焊接速度快，入射能量高的特点。因此可以 得到焊缝窄，深熔深的焊接效果，另外焊接的热影响区和 焊接热变形都小。CO2激光器最适合钢铁材料的焊接， Nd:YAG激光器在微型焊接方面有其独特的优势。
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方向性好---发散角小
r
l
看似平行的探照灯 (1km时光斑直径10m)
激光器
38万公里
Laser
D=1.6km
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高亮度、高能量密度
• 高亮度激光束经聚焦后，可产生几百万 个单位的高温高压。千分之一秒内使任何金 属汽化。
• 激光切割技术广泛应用于金属和非金属材 料的加工中，可大大减少加工时间，降低加 工成本，提高工件质量。现代的激光成了人 们所幻想追求的“削铁如泥”的“宝剑”。激光器由三部分组成： 工作物质、激励源、谐振腔
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激光的特性
单色性好 相干性好 亮度高 方向性好
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单色性好、颜色极纯
光的颜色与波长相对应
太阳光：波长0.76微米--0.4微米.对应的颜色共7种.所 以太阳光谈不上单色性.
单色光源：氪灯,氦灯,氖灯,氢灯等。波长虽然单一.但仍 有一定的分布范围.如氪灯只发射红光. 被誉为单色性之 冠.波长分布的范围仍有10-5纳米.因此氪灯发出的红光. 若仔细辨认仍包含有几十种红色.
荡频率相同的能量激发时，都会产生这 种不发散的强光--激光。
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激光的发展史
• 1958年，贝尔实验室的汤斯和肖洛发表了关于激光器的经 典论文，奠定了激光发展的基础。
• 1960年，美国加利福尼亚州休斯航空公司实验室的研究员 梅曼发明了世界上第一台红宝石激光器。
• 1961年A.贾文等人制成了He-Ne激光器 • 1962年R.N.霍耳等人创制了GaAs半导体激光器。 • 1965年，第一台可产生大功率激光的器件CO2激光器诞生
激光和激光器
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激光技术概述
激光技术、计算机技术、原子能技术、半导体技术， 并列为二十世纪最重要的四大发现。是人类探索自然和 改造自然的强有力工具。
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，激光雷达，激光制导，激光可控聚 变，激光武器等等。