激光原理及应用课件
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激光原理及应用 ppt课件
(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
ppt课件
13
4.重叠率计算——Overlap
激光器 扫描镜
• 场镜:聚焦系统为F-θ 平场透镜,选用焦距 f=254mm。普通聚焦透镜像高y与入射角度θ 的关 系符合y=f tgθ ,当入射光偏转时其在焦平面上 的扫描速度不断变化;对普通透镜作改进后使像
高y=f θ ,以等角速度偏转的入射光实现线性扫 描,这种线性成像物镜称为F-θ 镜。
振镜
扫描振镜其专业名词叫做高速扫描振镜Galvo scanning system。所谓振镜,又可以称之 为电流表计,它的设计思路完全沿袭电流表的设计方法,镜片取代了表针,而探头的信号由计 算机控制的-5V—5V 或-10V-+10V 的直流信号取代,以完成预定的动作。同转镜式扫描系统 相同,这种典型的控制系统采用了一对折返镜,不同的是,驱动这套镜片的步进电机被伺服电
场镜
ppt课件
16
振镜是一种优良的矢量扫描器件。它是一种特殊的摆动电机 ,基本原理是通电线圈在磁场中产 生力矩 ,但与旋转电机不同 ,其转子上通过机械纽簧或电子的方法加有复位力矩 ,大小与转子偏 离平衡位置的角度成正比 ,当线圈通以一定的电流而转子发生偏转到一定的角度时 ,电磁力矩与 回复力矩大小相等 ,故不能象普通电机一样旋转 ,只能偏转 ,偏转角与电流成正比 ,与电流计一 样 ,故振镜又叫电流计扫描振镜(galvanomet ric scanner) 。
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
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13
4.重叠率计算——Overlap
激光器 扫描镜
• 场镜:聚焦系统为F-θ 平场透镜,选用焦距 f=254mm。普通聚焦透镜像高y与入射角度θ 的关 系符合y=f tgθ ,当入射光偏转时其在焦平面上 的扫描速度不断变化;对普通透镜作改进后使像
高y=f θ ,以等角速度偏转的入射光实现线性扫 描,这种线性成像物镜称为F-θ 镜。
振镜
扫描振镜其专业名词叫做高速扫描振镜Galvo scanning system。所谓振镜,又可以称之 为电流表计,它的设计思路完全沿袭电流表的设计方法,镜片取代了表针,而探头的信号由计 算机控制的-5V—5V 或-10V-+10V 的直流信号取代,以完成预定的动作。同转镜式扫描系统 相同,这种典型的控制系统采用了一对折返镜,不同的是,驱动这套镜片的步进电机被伺服电
场镜
ppt课件
16
振镜是一种优良的矢量扫描器件。它是一种特殊的摆动电机 ,基本原理是通电线圈在磁场中产 生力矩 ,但与旋转电机不同 ,其转子上通过机械纽簧或电子的方法加有复位力矩 ,大小与转子偏 离平衡位置的角度成正比 ,当线圈通以一定的电流而转子发生偏转到一定的角度时 ,电磁力矩与 回复力矩大小相等 ,故不能象普通电机一样旋转 ,只能偏转 ,偏转角与电流成正比 ,与电流计一 样 ,故振镜又叫电流计扫描振镜(galvanomet ric scanner) 。
《激光的基本原理》课件
利用光子学技术,可以实现高灵敏度、高分辨率的医学成 像和诊断。同时,光子学技术还可以用于生物科学研究, 如荧光共振能量转移等技术可以用于研究生物分子间的相 互作用和动力学过程。此外,光子学技术还可以用于光热 治疗、光动力治疗等领域,为癌症治疗等提供新的手段。
THANKS
感谢观看
详细描述
超快激光技术可以用于超快光谱学、 超快成像等领域,为物质科学研究提 供新的工具。同时,超快激光技术还 可以用于微纳加工、光刻等领域,提 高加工精度和效率。
光子晶体激光器的研究与应用
总结词
光子晶体激光器是一种新型的激光器件,具 有高效率、高稳定性等优点,在光通信、光 计算等领域具有广阔的应用前景。
随着技术的进步和应用需求的不断增长,激光技术逐渐拓展 到工业、医疗、通信、军事等领域,成为现代科技的重要组 成部分。
激光的重要性和应用领域
激光具有高亮度、高方向性、高单色 性和高相干性等优点,因此在科学研 究、工业生产、医疗卫生、军事等领 域有广泛的应用。
此外,激光还在通信、测量、军事等 领域中发挥着重要的作用,有力地推 动了科学技术的发展和社会进步。
1960年,美国物理学家梅曼发明了第一台红宝石激光器,标志着激光技 术的诞生。
激光的英文名称是“Laser”,是“Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation”的缩写,意为“受激发射光放大”。
激光的发展历程
激光技术经历了从初步实现到逐步成熟的发展过程,各种不 同类型的激光器也不断涌现,如气体激光器、固体激光器、 液体激光器和半导体激光器等。
例如,在工业领域中,激光可以用于 打标、切割、焊接、热处理等;在医 疗领域中,激光可以用于治疗眼科疾 病、皮肤病、口腔疾病等。
激光原理与应用课件
医疗卫生领域应用
激光治疗
利用激光的生物效应,对疾病进 行治疗,如激光治疗近视、激光
治疗皮肤病等。
激光手术
通过激光的高精度、高能量特性, 进行微创手术,减少手术创伤和恢 复时间。
激光诊断
利用激光的光谱分析技术,对生物 组织进行无损检测,为医学诊断提 供新的手段。
军事国防领域应用
激光雷达
利用激光束进行测距、测速、制 导等,具有高精度、抗干扰能力
通过激光照射生物组织产生的热效应,达到治疗目的,如肿瘤热疗 、关节炎治疗等。
光动力疗法
结合特定药物和激光照射,产生光化学反应,用于治疗癌症、皮肤病 等疾病。
激光诊断技术
激光光谱诊断
利用激光光谱技术分析生物组织或体液中的化学成分,进行疾病 诊断,如血糖监测、癌症早期筛查等。
激光散射诊断
通过观察激光在生物组织中的散射现象,获取组织结构和病变信息 ,如乳腺癌检测、动脉硬化诊断等。
半导体激光器
工作物质
以半导体材料作为工作 物质,如GaAs、InP等 。
激励方式
通过电流注入激励半导 体材料产生激光。
输出特性
体积小、重量轻、效率 高,适用于通信、显示 等领域。
04
激光加工技术与实践
激光切割技术
01
02
03
04
高精度切割
激光切割具有高精度、高速度 、高效率等优点,可实现各种
复杂形状的切割。
通过激光熔覆技术在材料表面形成一 层具有特殊性能的涂层,提高材料的 耐磨、耐腐蚀等性能。
表面刻蚀
利用激光的高能量密度对材料表面进 行刻蚀,形成特定的图案或文字。
05
激光在生物医学中的应用
激光治疗技术
激光原理与应用讲教学课件
规定使用场所
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。
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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
激光的应用(激光原理及应用PPT)
某型激光治疗仪的参数:
激光诱变育种
激光诱变育种是近二十年来发展起来的一种新技术 可以诱发 染色体及性状变异。以转基因牛育种为例。利用激光诱变 筛选出对牛的品质有良好改良的基因,再通过转基因技术 对牛进行品种改良或新品种培育,主要体现在两个方面: 一是提高牛的抗病能力;二是提高牛的肉奶产量、改善奶品 质,同时转基因技术在改善牛的生长、肉质等性状也有一 些重要进展。(实际上激光育种产生的种子不一定都是人 们想要的,这个需要人们自行挑选对自己有益的)。
美国海军激光武器试验视频
美国海军自行发展了激光近距离武器系统,目标是将该激 光武器系统安装在密集阵武器系统侧面,激光器可对付15 千米外的目标,保留的 20毫米加特林速射炮负责 1.5 千米 距离上的目标。系统采用了6台5千瓦级光纤激光器,实现 总输出功率32千瓦。
激光针灸是一种利用激光的微细光束照射穴位 以治疗疾病的新型针灸方法 低能量激光主要有抗炎、促进上皮细胞生长等 作用。与传统针灸方法相比,其特点是无针刺 引起的疼痛,对组织无损害,无滞针、断针及 针穴感染之可能,不但有类似针灸的作用,同 时还有激光本身所引起的一系列生物效应。
激光对焦(为了安全,激光对焦的功率一般在0.4
毫瓦以下,使用的激光为红外波段激光。)
缺点:对于细长的物体不能很好的对焦,对于较远距离的 物体不能很好的对焦; 优点:对焦速度快、不受环境光线影响。
其实,将激光对焦和相位对焦结合使用优势明显。
激光武器在科幻小说和科幻电影中很早就有涉及, 但是直到最近几年才有相关武器的试验报道(也 有可能有秘密实验在更早的时候进行,但是就像 51 区一样我们不得而知)。它和电磁轨道炮一样 在武器领域内比较热门。
现今智能手机发展十分迅速,拍照成为了各家厂商宣传的 重点。除了摄像头像素,光学防抖外,对焦技术也是炒作 焦点。手机对焦方式主要有三种:反差对焦、相位对焦、 激光对焦。 反差对焦就是不断移动镜头找到对比度最高 的镜头位置; 相位对焦是将入射光线分成成对的图像,执行一次相位差计 算以直接确定对焦位置。
激光原理与技术PPT(很全面)
04
激光与物质相互作用
激光与物质相互作用的基本过程
激光束在物质中的传播
包括反射、折射、吸收和散射等现象。
激光与物质相互作用的机理
包括光热作用、光电效应、光化学效应等。
激光与物质相互作用的特点
如高能量密度、高亮度、高方向性等。
激光加工原理及应用
1 2
激光加工的基本原理
通过高能激光束对材料进行加热、熔化、汽化或 达到其他物理或化学变化,以实现加工目的。
应用领域
适用于气体、液体和固体等多种介质的流速测量,如风速测量、 血流速度测量等。
激光光谱分析技术
光谱原理
不同物质具有不同的光谱特征,通过测量物质的光谱信息可以分析 其成分和性质。
分析方法
包括激光拉曼光谱分析、激光荧光光谱分析等,可用于物质的定性、 定量分析。
应用领域
广泛应用于化学、生物、医学、环境等领域,如药物分析、环境监测 等。
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。
特性
方向性好,亮度高,单色 性好,相干性好。
应用领域
激光加工、激光测距、激 光雷达、激光通信、激光 治疗等。
02
激光器类型及技术
固体激光器
晶体激光器
使用掺杂稀土元素的晶体 作为增益介质,如Nd:YAG 激光器。
激光原理及应用 PPT课件
家共有10位。
激光的产生
产生激光需要三个条件:一要具有适当能级结构、能产生受激辐射光放 大的工作物质(激光物质);二要使激活物质发出激光的能源(激励能源);三 要有一个维持光振荡的谐振腔(光学谐振荡)。
• 1.粒子数反转
受激辐射是产生激光的基础。但是当能量为hv=En-Em的光子在物质中 传播时,通常有两种过程,一方面可能引起受激辐射,形成光放大过程;另 一方面,由于存在光吸收,处于低能级Em上的原子可能吸收光子跃迁到高 能级En上去,从而使物质中传播的光子因吸收而减少。光放大和光吸收这两 个过程在物质中是同时发生的,光放大会使光子数增加,光吸收会使光子数 减少,这两个过程究竟哪个占优势,取决于处于高能级En的原子数和处于低 能级Em的原子数。若处于En的原子数多,则受激辐射的光放大占优势;反 之,则光吸收占优势。因此,要形成激光,必须使受激辐射占优势。
激光在医学上的应用
• 激光诊断、手术和治疗: 激光层析造影 激光荧光 诊断 光动力学治疗(PDT)技术 激光 心脏 打孔 激光光纤内窥镜手术 ......
激光武器的应用
激光武器用于杀伤敌重武器装备时,需要较高的能量,通常称为高能 激光武器称激光炮。目前美国已研制出机载和车载激光炮。激光炮的威力 强大,命中率极高。由于强激光束具有很强的烧蚀作用、幅射作用和激光 效应,因而对武器装备具有很大的破坏力。激光武器可以破坏制导系统、 引爆弹头和毁坏壳体、拦击制导炸弹、炮弹、导弹、卫星、飞机、巡航导 弹和破坏雷达、通信系统等。激光摧毁卫星可由地面、空中和空间进行。 目前一个激光器的能量还无法将高轨卫星摧毁,但能用几个激光器同时对 准1颗卫星进行攻击将其摧毁。空间激光反卫星是将激光器装在卫星或航天 飞机上,攻击对方的卫星;空中激光反卫星是将激光器装在飞机上攻击卫 星,它可克服地面发射激光攻击卫星的许多缺点,但不如航天器攻击卫星 那么理想,因航天器比飞机平稳,没气流和飞行振动的干扰,激光的能量 可充分发挥。
激光的产生
产生激光需要三个条件:一要具有适当能级结构、能产生受激辐射光放 大的工作物质(激光物质);二要使激活物质发出激光的能源(激励能源);三 要有一个维持光振荡的谐振腔(光学谐振荡)。
• 1.粒子数反转
受激辐射是产生激光的基础。但是当能量为hv=En-Em的光子在物质中 传播时,通常有两种过程,一方面可能引起受激辐射,形成光放大过程;另 一方面,由于存在光吸收,处于低能级Em上的原子可能吸收光子跃迁到高 能级En上去,从而使物质中传播的光子因吸收而减少。光放大和光吸收这两 个过程在物质中是同时发生的,光放大会使光子数增加,光吸收会使光子数 减少,这两个过程究竟哪个占优势,取决于处于高能级En的原子数和处于低 能级Em的原子数。若处于En的原子数多,则受激辐射的光放大占优势;反 之,则光吸收占优势。因此,要形成激光,必须使受激辐射占优势。
激光在医学上的应用
• 激光诊断、手术和治疗: 激光层析造影 激光荧光 诊断 光动力学治疗(PDT)技术 激光 心脏 打孔 激光光纤内窥镜手术 ......
激光武器的应用
激光武器用于杀伤敌重武器装备时,需要较高的能量,通常称为高能 激光武器称激光炮。目前美国已研制出机载和车载激光炮。激光炮的威力 强大,命中率极高。由于强激光束具有很强的烧蚀作用、幅射作用和激光 效应,因而对武器装备具有很大的破坏力。激光武器可以破坏制导系统、 引爆弹头和毁坏壳体、拦击制导炸弹、炮弹、导弹、卫星、飞机、巡航导 弹和破坏雷达、通信系统等。激光摧毁卫星可由地面、空中和空间进行。 目前一个激光器的能量还无法将高轨卫星摧毁,但能用几个激光器同时对 准1颗卫星进行攻击将其摧毁。空间激光反卫星是将激光器装在卫星或航天 飞机上,攻击对方的卫星;空中激光反卫星是将激光器装在飞机上攻击卫 星,它可克服地面发射激光攻击卫星的许多缺点,但不如航天器攻击卫星 那么理想,因航天器比飞机平稳,没气流和飞行振动的干扰,激光的能量 可充分发挥。
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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7
(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,
激光原理及应用课件68P
1960年7月,世界第一台红宝石固态激光器问世,
标志了激光技术的诞生。
美国加利福尼亚州休斯航空公司实验室的研究员梅
曼演示的。 波长为694.3nm的激光
至此,一门新的科学技
术——量子电子学中的激光 技术以科学史上罕见的高速 度向前发展!
1961年
⑴ 2月(A.Javan)研制成了
He—Ne混合气体激光器。
神光I、神光II、神光III
二、激光的基本构成
产生激光的必要条件
1. 实现粒子数反转 ——工作物质 2.使原子被激发 ——激励能源 3.要实现光放大 ——光学谐振腔
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1. 基本构成部分
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朱棣文(1948~),美 籍华裔物理学家。 1997 年,朱棣文因发 明用激光冷却和俘获 原子的方法获得诺贝 尔物理学奖。
科 昂 - 塔 努 吉 ( Cloder Cohen Tanuky , 1933~ ) 法国物理学家, 1997 年诺 贝尔物理奖得主。他利用 “磁阱”技术,成功地将
⑵ 有人提出了Q调制技术,
并制成第一台调Q激光器。
⑶ 制成了钕玻璃脉冲激光器。
为什么要调Q?
1962年,美国三个研究小组几乎同时分别发布砷化镓 (GaAs)半导体激光器运转的报道。
仅1961—1962年间世界各国发表 的激光方面的论文达200篇以上。
1963年建立了激光的半经典理论。
对激光的频率特性和功率特性进行了比较完善的
菲 利 普 斯 ( Felipus , William , 1948~ )美国物 理 学 家 , 1987 年 他 运 用 “磁阱”技术,改进了原 子在激光照射下温度骤降
激光原理与应用课件
9
1 .3 激光工作物质的能级结构
一、三能级系统
激发态的平均寿命只有10-8(s)。然而在原子的能 级中,有一种特殊的能级,其寿命可达10-3(s)甚
至更长。我们称这种状态为原子的亚稳态。
在He、Ne、CO2 、N2等物质中都有这种能级结 构
10
物质三能级系统的示意图
抽运
快 E3
E2 (亚稳态)
n 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。
E2
hv
E1
hv
E2
hhvv
输入 hv
hv hv
hv hv 输出
E1
hv
受激辐射示意图
受激辐射光放大示意图
6
1 .2 粒子数反转
n 处在温度为T的平衡态下,各能级上分布的分 子数,服从玻尔兹曼分布,
n 高能态En'上分布的分子数与低能态En上分布的 分子数之比为:
34
3.4 激光在几何参数测量方面的应用
一、激光测距技术
1、激光脉冲计数方法
2、相位测距法
B
X A
He-Ne激 光
45°
二、利用激光技术和几M何学d原理可以对板N参材考平面
的厚度进行测量
激光测厚原理示意图
35
3.5 激光条码检测技术
n 条码技术是通过一定形状和间隔的条纹 组合来表达计算机“0” 、“1”语言的一种方 法。
慢
E1 (基态)
n 应该注意:三能级系统,是指激光器在运转过 程中,所涉及到的三级能级。并不是指该系统 仅有这三条能级。
11
二、四能级系统
抽运
快 E4
E3 (亚稳态)
1 .3 激光工作物质的能级结构
一、三能级系统
激发态的平均寿命只有10-8(s)。然而在原子的能 级中,有一种特殊的能级,其寿命可达10-3(s)甚
至更长。我们称这种状态为原子的亚稳态。
在He、Ne、CO2 、N2等物质中都有这种能级结 构
10
物质三能级系统的示意图
抽运
快 E3
E2 (亚稳态)
n 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。
E2
hv
E1
hv
E2
hhvv
输入 hv
hv hv
hv hv 输出
E1
hv
受激辐射示意图
受激辐射光放大示意图
6
1 .2 粒子数反转
n 处在温度为T的平衡态下,各能级上分布的分 子数,服从玻尔兹曼分布,
n 高能态En'上分布的分子数与低能态En上分布的 分子数之比为:
34
3.4 激光在几何参数测量方面的应用
一、激光测距技术
1、激光脉冲计数方法
2、相位测距法
B
X A
He-Ne激 光
45°
二、利用激光技术和几M何学d原理可以对板N参材考平面
的厚度进行测量
激光测厚原理示意图
35
3.5 激光条码检测技术
n 条码技术是通过一定形状和间隔的条纹 组合来表达计算机“0” 、“1”语言的一种方 法。
慢
E1 (基态)
n 应该注意:三能级系统,是指激光器在运转过 程中,所涉及到的三级能级。并不是指该系统 仅有这三条能级。
11
二、四能级系统
抽运
快 E4
E3 (亚稳态)
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1.1 激光发展的历史
– 1913年,玻尔借鉴了普朗克的量子概念提出了全新的 原子结构模型,并因此获得1922年诺贝尔物理学奖; "for his services in the investigation of the structure of atoms and of the radiation emanating from them"
• 黎明前的黑暗
– 1900年,普朗克提出了能量量子化概念,并因此获得 1918年诺贝尔物理学奖; "in recognition of the services he rendered to the advancement of Physics by his discovery of energy quanta"
1.1 激光发展的现状
– 更快
• 更高的调制频率:GHz; • 更短的脉冲宽度:飞秒激光器(FemtoSecond Laser);
– 更多样化
• 多样化的泵浦方式:光泵浦、电泵浦、化学能泵浦、 热泵浦等、磁泵浦; • 多样化的工作物质:固体(Nd:YAG)、气体 (He-Ne、CO2)、液体、染料、半导体、自由电 子等;
激光原理及应用
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%。
相关课程
• 光学 • 原子物理 • 量子力学
使用教材:激光原理及应用(第3版) ,陈家
璧等主编,电子工业出版社
参考书目
• 激光原理(第6版) ,国防工业出版社,2009 年版,周炳琨等编 • 激光技术(第3版) ,科学出版社,2009年版, 蓝信钜 著
1.1 激光发展的现状
– 更小
• 各种工业指示、标记、探测 用的半导体激光器或者半导 体泵浦固体激光器向着小型 化方向发展;
Littman结构半导体激光器 2008级光电子班郑公爵, 2011级光学 硕士研究生,展讯通信有限公司张 江高科。
1.1 激光发展的现状
–更集成 各种通信用的 激光模块,往往 包含十几个甚至 几十个半导体激 光器,并且集成 了调制、功率检 测、温度监测等 功能模块。
1.3 激光的应用
(1)工业上 (2)在军事和国防上 (3)在科学研究上
在汽车工业领域
激光技术在汽车工业中的应用日益普遍
以工艺而论,激光打标、硬化、切割、焊接,激光大灯,激光雷达等; 以部位而论,举凡内外、上下、结构装饰等,尽入毂中。
在军事和国防
J20
3D激光打印
Thanks for your attention!
– 1917年,爱因斯坦在玻尔的原理结构基础上,提出了 受激辐射理论,为激光的出现奠定了理论的基础;
1.1 激光发展的历史
– 1947年,Lamb和Reherford在氢原子光谱中发现了明显的受激辐 射,这是受激辐射第一次被实验验证。Lamb由于在氢原子光谱研 究方面的成绩获得1955年诺贝尔物理学奖;
• 发展
– 更大、更强
– 为了进行高能物理、热核聚变等方面的研究 工作,激光器产生的能量密度和功率不断提 高。 – 现在世界上功率最大的激光器是美国的国家 点火工程(NIF)中使用的NOVA激光系统, 其峰值功率达到1.5PW(1015W)。 – 2014年12月27日,中物院聚龙一号装置输 出瞬间功率超过20万亿瓦,相当于全球平 均发电功率的2倍。
– 17世纪—对光的本性的探求:
•;
• 微粒说:以经典方式运动着的微小粒子,牛顿;
– 19世纪:
• 光的波动本性有了进一步发展,杨氏双缝干涉,菲 涅耳波动理论等
• 电磁场理论、麦克斯韦方程组(法拉第、麦克斯韦、 坡印廷、赫兹等)
1.1 激光发展的历史
1.1 激光发展的历史
• 突破
– 1958年Schawlow和Townes在Phy. Rev. 上发表论文 “Infrared and Optical Maser”,标志着激光作为一种 新事物登上了历史舞台。 – 1960年5月,休斯实验室的Maiman研制的红宝石激光 器发出了694.3nm的红色激光,这是公认的世界上第一 台激光器。
– 1905年,爱因斯坦提出光子假说并成功解释了光电效 应,并因此获得1921年诺贝尔物理学奖; "for his services to Theoretical Physics, and especially for his discovery of the law of the photoelectric effect"
1.1 激光发展的历史
– 1960年年中,IBM实验室利用CaF2中的三价铀制成了第一台四能 级固体激光器; – 1960年12月,BELL实验室的Javan,Bennett和Herriott制成了第 一台氦氖气体激光器; – 1962年,GaAs半导体激光器; – 1963年,液体激光器; – 1964年,CO2激光器; – 1964年,离子激光器; – 1964年,Nd:YAG固体激光器; – 1965年,HCl化学激光器; – 1966年,生物染料激光器; – 从1917年爱因斯坦提出受激辐射的概念到1960年第一台激光器诞 生,其间用了近半个世纪。
• 速率方程理论(Rate Equation Theory)
– 量子理论的简化形式,忽略光子的相位特性和光子数 的起伏特性
1.2 理论体系
• 激光器的严格理论是建立在量子电动力学 基础上的量子理论,在原则上可以描述激 光器的全部特性; • 不同近似程度的理论用来描述激光器的不 同层次的特性,每种近似理论都揭示出激 光器的某些特性,因此可以根据具体应用 选择合适的近似理论; • 本课程主要用到的理论是经典理论和速率 方程理论。
我国激光器研究情况
激光器的第一台 红宝石激光器(我国第一台)
He-Ne激光器 掺钕玻璃激光器
研制成功时间 1961年11月
1963年7月 1963年6月
研 制 人 邓锡铭、 王之江 邓锡铭等
干福熹
GaAs同质结半导体激光器
CO2分子激光器
1963年12月
1965年9月
王守武
王润文等
1.1 激光发展的现状
"for his discoveries concerning the fine structure of the hydrogen spectrum"
– 1950年,Kastler提出了光学泵浦的方法,两年后该方法被实现。 他因为提出了这种利用光学手段研究微波谐振的方法而获得1966 年诺贝尔物理学奖。
• 19世纪下半叶发展起来的电磁场理论能够 解释光的反射、折射、干涉、衍射、偏振 和双折射等现象; • 然而到了20世纪初,出现了黑体辐射、原 子线状光谱、光电效应、光化学反应和康 普顿散射等实验现象,这些涉及到光与物 质相互作用时能量与动量交换特征的就无 法用当时的经典理论来解释。
1.1 激光发展的历史
激光概述
辐射跃迁: 受激吸收; 自发辐射; 受激辐射;
激光概述
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!
He-Ne激光器工作原理图
激光概述
• 1.1 激光的发展历史 • 1.2 激光产生的理论体系 • 1.3 激光的应用
1.1 激光发展的历史
"for the discovery and development of optical methods for studying Hertzian resonances in atoms"
1.1 激光发展的历史
– 1951年, Townes提出受激辐射微波放大,即MASER的 概念。 – 1954年,第一台氨分子Maser建成,首次实现了粒子 数反转,其主要作用是放大无线电信号,以便研究宇 宙背景辐射。Townes由于在受激辐射放大方面的成就 获得1964年诺贝尔物理学奖。 "for fundamental work in the field of quantum electronics, which has led to the construction of oscillators and amplifiers based on the maser-laser principle"
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4球面度的立 体角内。
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.
1.2 理论体系
• 经典理论(Classical Laser Theory)
– 电磁场-麦克斯韦方程组;原子-电偶极振子
• 半经典理论(Semiclassical Laser Theory)
– 电磁场-麦克斯韦方程组;原子-量子力学描述
• 量子理论(Quantum Laser Theory)
– 电磁场和原子——二者作为一个统一的物理体系作量 子化处理