2章光源与激光器

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第2章-激光基本原理

考虑光子只可能存在两种不同的偏振状态，在体积V内， ν 到ν +Δν频率间隔内，因能量、动量及偏振状态的不同，并根据（2-3）式和（2-14），所有可能的光子状态数为
与（2-10）式的结果相一致。
这表明从波动的观点得到光的模式数，与从光子的观点得到光子的量子状态数是相同的。
2.1.2 光子的相干性和光子简光度
故在体积V内，在 ν 到ν +Δν 频率间隔内，光的模式数为
光子的动量与坐标之间存在海森堡测不准关系
光子坐标x测量值越准确，则动量px的测量值就越不准确只能在相空间划出面积元Δpx Δx=h，ΔpyΔy=h，Δpz Δz=h 来确定光子的一种状态
在六维相空间（x，y，z，Px，Py，Pz）内，光子的一种状态所对应的相空间体积元为
2.1 相干性的光子描述

2.1.1 光子的基本性质
光子的基本性质: 1. 光子的能量与光波频率对应，即式中h为普朗克常数。 2. 光子具有运动质量m，可表示为光子的静止质量为零。 3. 光子的动量与单色平面光波的波矢对应：

式中；单位矢量。
为光子运动方向（平面波的传播方向）上的
上述相空间体积元称为相格。相格是相空间中用任何实验所能分辨的最小尺度。
光子以动量Px，Py，Pz组成的动量空间内，它的一种运动状态占据动量空间的体积元由（2-13）得上式中的V= ΔxΔyΔz是光子运动的体积。
讨论在 ν 到ν +Δν 频率间隔内，因光子的动量不同，所可能存在的状态数。相当于求出光子在动量空间中一个半径为，厚度为的球壳内，可能有的光子状态数为，如图2.3所示。
光的相干性可以定义为：不同空间点、不同时刻的光波场的某种特性(如相位)的相关性。

浅谈普通光源与激光

浅谈普通光源与激光摘要：本文主要概括了普通光源与激光的产生差别，激光的原理和发展历程。

以及性质的不同而在运用中的不同，从而更深刻的让我们对这两个东西产生认识的兴趣以及加深对它们的了解。

关键词：本质性质发展运用总的来说“光”就是一种频率极高的电磁波，具备一定的能量和动量；但是，它具备通常电波所不具备的特殊性，比如它的产生和检测，以及与其他物质相互作用等过程中显露出粒子性的特征，①.接下来我们就来说一说道‘普通光源与激光’一、什么是光源，普通光源的分类。

闪烁物体叫作光源，光源与普通光源与激光光源之分后。

激光光源由特定的闪烁物质及特定的结构部件所共同组成，而普通光源则随处可见。

根据光源中基本发光单元激发方式的不同，普通光源大体可以分为以下几类：1)化学发光。

闪烁过程中辐射体内部出现化学变化，靠消耗自身化学能量而闪烁。

例如燃烧、放烟火等。

2)热致发光。

温度低的物体可以收到红外线。

例如白炽灯、太阳光等。

3)电致发光。

依靠电场能量的激发而发光。

如闪电、电弧灯、火花放电、辉光放电等。

4)光致发光。

用外来光激发所引起的发光现象。

如日光灯、夜光表急某些交通指示牌上的磷光物质的闪烁都属光致发光。

上面的各种闪烁方式的相同，但总的来说普通光源的原理就是自发性地原子和光子的光子。

上述各种闪烁过程，其差别就是唤起的方式相同，而闪烁的微观机制确就是共同的。

即为在外界条件的鞭策下，光源中的原子、分子稀释能量而处在一种不稳定的激发态。

在没任何外界促进作用的情况下，它能够自发性地光子回低激发态或基态，并升空出来一定频率的电磁波。

②二、激光是怎么发现的，以及在激光发现后历程。

总的来说激光就是一种人工的光，它的大多数去至于人工制作，并且只要是因为激光器的产生大大的大力推进了激光事业的发展，堪称就是一个划时代的措施。

迄今为止，光学已经有两千余年的历史，但在激光产生之前，人们使用的光源主要是炽热物体的热辐射和气体放电管，机理是自发发射，这是一个随机过程，相干性不好，两个光源甚至同一个光源的两点发出的光也不能形成干涉条纹。

激光的原理特性和应用

第二章激光与半导体光源激光的原理、特性和应用发光二极管与半导体激光器§2-1 激光的工作原理一、光的发射与光的吸收当原子从高能级向低能级跃迁时，将两能级之差部分以光子形式发射出去，称光的发射；当原子从低能级向高能级跃迁时，将吸收两能级之差部分的光子能量，称光的吸收。

光的发射和吸收过程满足相同的规律：两能级之差决定发射和吸收光子的频率光发射的三种跃迁过程1自发辐射：处在高能级的原子以一定的几率自发的向低能级跃迁，同时发出一个光子的过程，a）图；2 受激辐射过程：在满足两能级之差的外来光子的激励下，处在高能级的原子以一定的几率自发向低能级跃迁，同时发出另一个与外来光子频率相同的光子，b）图；两种辐射过程特点的比较：自发辐射过程是随机的，发出一串串光波的相位、传播方向、偏振态都彼此无关，辐射的光波为非相干光；受激辐射的光波，其频率、相位、偏振状态、传播方向均与外来的光波相同，辐射的光波是相干光。

3 受激吸收过程：在满足两能级之差的外来光子的激励下，处在低能级的原子向高能级跃迁，c）图受激辐射与受激吸收过程同时存在：实际物质原子数很多，处在各个能级上的原子都有，在满足两能级能量之差的外来光子激励时，两能级间的受激辐射和受激吸收过程同时存在。

当吸收过程占优势时，光强减弱；当受激辐射占优势时，光强增强。

二、粒子数反转与光放大当一束频率为的光通过具有能级E1和E2（假定E2>E1)的介质时，将同时发生受激辐射和受激吸收过程，在dt时间内，单位体积内受激吸收的光子数为dN12，受激辐射的光子数为dN21 ，设两能级上的原子数为N1、N2（正常情况下N2> N1），有dN21/ dN12 =B N2/ N1，比例系数B与能级有关。

1、N2/ N1<1时，高能级E2上原子数少于低能级E1上原子数（称正常分布），有dN21 < dN12，表明光经介质传播的过程中受激辐射的光子数少于受激吸收的光子数，宏观效果表现为光被吸收。

激光器的原理

三、工作过程1.激光器的工作原理和结构我们通常把发光的物体叫做光源，如太阳、电灯、燃烧的蜡烛等。

光具有能量，它可以使物体变热，使照相底片感光，这就是能的转换现象。

光能含在光束中，光束射入人的眼睛，才引起人的视觉，所以我们能够看到光源发射的光。

那么我们为什么还能看到不发光的物体呢？是因为光源发射的光照射到它们，不发光的物体受光后，向四面八方漫反射的光射入了我们的眼睛，所以我们也能看到不发光的物体。

产生激光的光源，和普通的光源明显不同。

如普通白炽灯光源是通过电流加热钨丝的原子到激发态，处于激发态的原子不断地自发辐射而发光。

这种普通的光源具有很大的散射性和漫射性，不能控制形成集中的光束，也就不能应用于激光打印机。

激光打印机所需要的激光光束必须具有以下特性：①高方向性。

发出的光束在一定的距离内没有散射和漫射。

②高单色性。

纯白光由七色光组成。

③高亮度，有利于光束的集中并带有很高的物理能量。

④高相干性，容易叠加和分离。

激光器是激光扫描系统的光源，具有方向性好、单色性强、相干性高及能量集中、便于调制和偏转的特点。

早期生产的激光打印机多采用氦-氖（He-Ne）气体激光器，其波长为632．8μm，其特点是输出功率较高、体积大、是寿命长（一般大于1万小时）性能可靠，噪音低，输出功率大。

但是因为体积太大，现在基本已淘汰。

现代激光打印机都采用半导体激光器，常见的是镓砷-镓铝砷（CaAs-CaAlAs）系列，所发射出的激光束波长一般为近红外光（λ＝780μm），可与感光硒鼓的波长灵敏度特性相匹配。

半导体激光器体积小、成本低，可直接进行内部调制，是轻便型台式激光打印机的光源。

在对感光鼓表面充电时，随着电荷在感光鼓表面的积累，电位也不断升高，最后达到"饱和"电位，就是最高电位。

表面电位会随着时间的推移而下降，一般工作时的电位都低于这个电位，这个电位随时间自然降低的过程，称之为"暗衰"过程。

光纤通信复习（各章复习要点）

光纤通信复习（各章复习要点）光纤通信复习（各章复习要点）第⼀章光纤的基本理论1、光纤的结构以及各部分所⽤材料成分2、光纤的种类3、光纤的数值孔径与相对折射率差4、光纤的⾊散5、渐变光纤6、单模光纤的带宽计算7、光纤的损耗谱8、多模光纤归⼀化频率，模的数量第⼆章光源和光发射机1、光纤通信中的光源2、LD的P-I曲线，测量Ith做法3、半导体激光器的有源区4、激光器的输出功率与温度关系5、激光器的发射中⼼波长与温度的关系6、发光⼆极管⼀般采⽤的结构7、光源的调制8、从阶跃响应的瞬态分析⼊⼿，对LD数字调制过程出现的电光延迟和张弛振荡的瞬态性质分析（p76）9、曼彻斯特码10、DFB激光器第三章光接收机1、光接收机的主要性能指标2、光接收机主要包括光电变换、放⼤、均衡和再⽣等部分3、光电检测器的两种类型4、光电⼆极管利⽤PN结的什么效应第四章光纤通信系统1、光纤通信系统及其⽹管OAM2、SDH系统3、再⽣段距离的设计分两种情况4、EDFA第五章⽆源光器件和WDM1、⼏个常⽤性能参数2、波分复⽤器的复⽤信道的参考频率和最⼩间隔3、啁啾光纤光栅4、光环形器的各组成部分的功能及⼯作原理其他1、光孤⼦2、中英⽂全称：DWDM 、EDFA 、OADM 、SDH 、SOA第⼀章习题⼀、单选题1、阶跃光纤中的传输模式是靠光射线在纤芯和包层的界⾯上（B）⽽是能量集中在芯⼦之中传输。

A、半反射B、全反射C、全折射D、半折射2、多模渐变折射率光纤纤芯中的折射率是（A）的。

A、连续变化B、恒定不变C、间断变换D、基本不变3、⽬前，光纤在（B）nm处的损耗可以做到0.2dB/nm左右，接近光纤损耗的理论极限值。

A、1050B、1550C、2050D、25504、普通⽯英光纤在波长（A）nm附近波导⾊散与材料⾊散可以相互抵消，使⼆者总的⾊散为零。

A、1310B、2310C、3310D、43105、⾮零⾊散位移单模光纤也称为（D）光纤，是为适应波分复⽤传输系统设计和制造的新型光纤。

激光器工作原理范文

激光器工作原理范文激光器是一种能够产生相干、单色、高亮度光束的装置。

激光光束具有高度的定向性和能量密度，并且可以通过调节激发源和谐振腔的结构来获得不同波长和功率的激光光束。

激光器的工作原理主要涉及能级、光子激发、增益介质和谐振腔等几个关键要素。

首先，激光器的工作原理涉及能级。

原子、分子或晶体等物质的能级结构决定了激光器能量转移的规则。

在基态下，物质的电子处于最低的能量状态。

当一定的能量加在物质上时，物质的电子会跃迁至更高的能级。

处于高能级上的电子不稳定，会尽可能快地返回基态。

这个过程中，电子会放出光子，光子的能量等于电子从高能级到低能级的差值。

能级结构的存在使得物质能够存储和释放能量。

其次，激光器的工作原理涉及光子激发。

为了将物质的电子带到高能级，需要提供能量。

这通常通过光、电、化学或其他方法来完成。

其中，光子激发是一种重要的方式。

当一束光进入激光器的增益介质时，光子与物质的电子相互作用，将能量传递给电子，使电子达到激发态。

这个能量传递过程中，光子被吸收并且在介质中轨迹微弱地改变。

然后，激光器的工作原理涉及增益介质。

在激发后，物质中的电子处于激发态。

在一段时间后，激发态的电子会通过受激辐射的方式退回到低能级。

在这个过程中，物质会放出与光子激发中吸收的光子具有相同频率和相位的光子，这就是激光器的激光。

不同的增益介质具有不同的光子产生机理，例如，固态激光器使用Nd:YAG结构作为增益介质，气体激光器使用二氧化碳等气体作为增益介质。

最后，激光器的工作原理涉及谐振腔。

谐振腔由两个反射镜组成，其中一个是部分透明的输出镜。

激光通过入射镜进入谐振腔，反射在两个反射镜之间来回穿梭。

在每次来回穿梭过程中，激光受到增益介质的刺激，逐渐放大。

在谐振的情况下，增强的激光波将逃逸透过输出镜，形成激光束。

逃逸的激光波量与谐振频率相同，并具有相干性和单色性。

总结一下，激光器的工作原理涉及能级跃迁、光子激发、增益介质和谐振腔等几个关键要素。

激光器的工作原理讲解

激光器的工作原理讲解激光器是一种能够产生激光的装置，其工作原理基于能级跃迁和受激辐射的过程。

下面将详细介绍激光器的工作原理。

激光器的主要组成部分包括：光源、增益介质和光腔。

首先，激光器的光源即外界提供的能量，它能够激发光子从基态跃迁到激发态，产生激光的能级跃迁所需的能量。

其次，激光器的增益介质是激光放大器的核心部件，它负责产生和放大激光。

在激光器中常用的增益介质有：气体（如氦氖激光器、二氧化碳激光器）、晶体（如钕:钋酸钆激光器）、半导体材料（如半导体激光器）等。

这些增益介质在受到外界能量刺激后，产生能级跃迁和受激辐射的过程，从而产生激光。

具体来说，激光器中的增益介质处于一个激发态能级，它有一个高能级和一个低能级。

当外界能量激发增益介质时，光子能够从低能级跃迁到高能级的激发态，形成一个激发态聚集。

而由于激光器中的增益介质受到激发态聚集的初始扰动，这些激发态聚集会随着时间的推移发生非平衡运动，从而形成光子之间的能量传输。

在这个过程中，当一个处于激发态的光子与一个低能级的光子相互作用时，受激辐射的过程会发生。

也就是说，处于激发态的光子可以激发一个低能级的光子跃迁到同样的激发态，并且两者的能量和相位几乎完全相同。

这个过程会引起光子的指数增长，从而形成激光光束。

最后，激光器的光腔是光子在增益介质中来回传播的空间。

光腔一般有两个反射镜组成，一个是部分穿透镜（输出镜），它允许一部分激光通过；另一个是全反射镜（反射镜），它将大部分激光反射回来。

由于全反射镜的存在，光子在光腔中来回多次反射，增强了激光的功率。

当激光增益与光腔损耗达到平衡时，激光器就能稳定地输出激光。

总结起来，激光器的工作原理是通过外界能量的激发、增益介质的能级跃迁和受激辐射的过程，形成光子之间的能量传输，并利用光腔的多次反射来增强激光功率。

这种高聚集、高能量的光子群就是我们所说的激光。

激光器及其原理简介

♦ Ne原子可以产生多条激光谱线, 图中标明了最强的三条:
0．6328μｍ 1．15 μm 3．39 μｍ
它们都是从亚稳态到非亚稳态、非基态之间发生的，因此较易实现粒子数反转。
§4 增益系数
激光器内受激辐射光来回传播时，并存着
增益损耗
增益——光的放大；
损耗——光的吸收、散射、衍射、透射（包括一端的部分反射镜处必要的激光输出）等。
§6 激光的特性及其应用
★方向性极好的强光束 --------准直、测距、切削、武器等。
★相干性极好的光束 --------精密测厚、测角，全息摄影等。
例１．激光光纤通讯
由于光波的频率比电波的频率高好几个数量级，
一根极细的光纤能承载的信息量，相当于图片中这麽粗的电缆所能承载的信息量。
若 E2 > E 1，则两能级上的原子数目之比
N2
− E2 − E1
= e kT
<1
N1
数量级估计：
T ～103 K；
kT～1.38×10-20 J ～ 0.086 eV;
E 2-E 1～1eV;
N2
− E2 − E1
= e kT
−1
= e 0.086
≈ 10−5
<< 1
N1
但要产生激光必须使原子激发;且 N2 > N1, 称粒子数反转(population粒子数反转一. 为何要粒子数反转 (population inversion)
从E2 E1 自发辐射的光，可能引起受激辐射过程，也可能引起吸收过程。
⎜⎛ ⎝
dN 21 dt
⎟⎞ ⎠受激
=
B21ρ (ν
,T
)N 2

第二章_热辐射定律及标准光源

光束发散角极小 0.1mrad 单色性好相干长度长功率密度高如何实现？首先要有能实现能级粒子束反转的工作物
质还必须建立谐振腔造成连锁反应雪崩放大
常用的激光器
气体激光器：He-Ne激光器、氩离子激光器、二氧化碳激光器等
固体激光器：红宝石激光器、玻璃激光器、 YAG激光器等
待测辐射源在温度T时所呈现的颜色与某一温度Tc时的黑体颜色相同(色品相同)则称Tc为该辐射体光源的颜色与色温的色温度。简称色温Tc(单位:Ｋ)
２.相关色温：
在均匀色品图中黑体轨迹上与待测辐射体色品最接近的色温度称之为相关色温用Ｔ表示（单位：Ｋ）
各光源的色温
u-v色度图中黑体轨迹和等色温线
第二代同步辐射光源是基于同步辐射专用
储存环的专用机，如合肥国家同步辐射实验室（HLS）；第三代同步辐射光源是基
于性能更高的同步辐射专用储存环的专用机，如上海光源(SSRF)。
上海光源的先进性
性能价格比高：储存环的能量3.5GeV，在中能区光源中能量最高，性能优化在用途最广的X射线能区。利用近年来插入件技术的新进展，不仅可在光子能量为1~5keV产生最高耀度的同步辐射光，而且在5~20keV光谱区间可产生性能趋近6~8GeV高能量光源所产生的高耀度硬X光；
全波段：波长范围宽，从远红外直到硬X射线，且连续可调。利用不同波长的单色光，可揭示用其他光源无法得知的科学秘密；
高强度：总功率为600千瓦，是Ｘ光机的上万倍。光通量大于1015光子/ （S.10－3bw）。高强度和高通量为缩短实验数据获取时间、进行条件难以控制的实验以及医学、工业应用提供了可能;
4.光谱辐射本领: Me(,T )
面元s在单位面M积e (,单,T位) 波 d长d范e(d围s) 内辐射量:

激光原理10第2章激光产生的基本原理(2010-10-13)

激光原理高福斌2010.9.29/652/65第2章激光产生的基本原理2.1 原子发光的机理2.1.1 原子的结构2204Zef r πε=原子序号为Z 的原子中，设电子沿以核为中心的圆形轨道运动，电子质量为m ，轨道半径为r ，绕轨道运动的速率为V ，则电子受到的库仑力为（2-1）由牛顿第二定律，电子受到库仑力等于电子绕核转动的向心力，即22204Ze V f m r r πε==（2-2）3/652h mVr n π=波尔引用量子理论，提出一个假设：电子的角动量m V r 只能等于h /2π的整数倍，即（2-3）式中，h 为普朗克常数，n （1，2，3，…）为主量子数波尔假设意味着电子运动的轨道只能是一些量子化的轨道。

联立（2-2）和（2-2）可解出波尔模型中电子量子化轨道半径为2202n h r n Z me επ=（2-4）E()3.非辐射跃迁: 既不发射又不吸收光子的跃迁(通过与其它粒子或气体容器壁的碰撞、或其它能量交换过程)4.激发态的平均寿命τ: 粒子在激发态停留时间的平均值。

τ的典型值: 10-7～10-9秒5.亚稳态:若某一激发能级与较低能级之间没有或只有微弱的辐射跃迁, 则该态的平均寿命会很长(≥10-3秒)，称亚稳能级，相应的态为亚稳态。

7/658/65一般，能级寿命10-8 ∼10-9 S如H 原子2p 态τ∼0.16×10-8S3p 态τ∼0.54×10-8S亚稳态：如He 原子的两个亚稳态能级(20.55eV)τ∼10-4 S(19.77eV)τ∼10-6 S2.2 自发辐射、受激辐射和受激吸收2.2.1 自发辐射的物理意义τ14/65由于原子以及离子、分子等内部结构的特殊性，各能级的平均寿命是不一样的。

例如：红宝石中的铬离子的能级E 3寿命很短，只有10-9s （ns ）；而能级E 2寿命却很长，为几个ms 。

这些寿命较长的能级称为亚稳态。

在氦原子、氖原子、氩原子、氪原子、铬离子、钕离子、二氧化碳分子，等等粒子中都具有这种亚稳态能级。

激光器的工作原理

激光器的工作原理激光器是一种产生激光的设备，它的工作原理基于受激辐射和光放大的过程。

激光器的关键组件包括激活介质、光腔和光源。

1.激活介质：激活介质是激光器中的工作物质，通过激发其内部原子或分子的能级跃迁来实现产生激光。

常见的激活介质包括气体、固体和液体。

2.光腔：激光器中的光腔起到存储和放大激射光的作用。

光腔通常由两个反射镜构成，一个是部分透明镜（输出镜），另一个是反射镜（输入镜）。

输入镜对激光光束具有高反射率，而输出镜对光束的反射率较低。

3.光源：激励激活介质产生光的光源可以是光电或电能。

常见的光源包括氙灯、氮气激光、半导体激光二极管等。

根据激光器的不同类型，其工作原理略有不同。

1.激光二极管：激光二极管利用电流对半导体中电子与空穴的复合作用产生光子。

当电流通入激光二极管时，通过激活介质发射出的光从一个反射镜反射回激光二极管，而另一个反射镜使部分光透射出来，形成激光束。

2.气体激光器：气体激光器的工作原理是在气体放电管内通入电流，并通过电流激发气体中的原子或分子，使其跃迁到高能级。

当这些原子或分子从高能级退回至低能级时，激光波长的光子被释放出来，并被两个反射镜之间的储存介质反射和放大，形成激光束。

3.固体激光器：固体激光器的激活介质是固体晶体（如Nd:YAG晶体），通过激光二极管或氙灯的激励发射激光。

当激光经过激活介质时，与其相互作用，使得激活介质中的电子被激发至高能级，并随后跃迁回低能级，放出激光光子。

这些光子通过两个反射镜（输入镜和输出镜）之间的激发介质来放大，并形成激光束。

无论是哪种类型的激光器，其工作原理的基本过程都是通过能量激发原子或分子的跃迁，随后利用反射和放大来产生高强度、高单色性和高聚束性的激光束。

激光器在医学、通信、测量、切割等领域都有广泛的应用。

光纤激光器简介

目录第一章、激光基础第二章、激光器第三章、光纤的特性第四章、光纤激光器第五章、实验室激光器型号及操作安全第一章激光基础1.1什么是激光激光在我国最初被称为“莱赛”，即英语“Laser”的译音，而“Laser”是“Light amplification by stimulated emission of radiation ”的缩写。

意为“辐射的受激发射光放大”，大约在1964年，根据钱学森院士的建议，改名为“激光”。

激光是通过人工方式，用光或者放电等强能量激发特定的物质而产生的光。

激光的四大特性：高亮度、高单色性、高方向性、高相干性。

具有高亮度的激光束经过透镜聚焦后，能在焦点附近产生数千度乃至上万度的高温，这就使其能够加工几乎所有材料。

由于激光的单色性极高，从而保证了光束能精确地聚焦到焦点上，得到很高的功率密度。

1.2激光产生的基本理论1.2.1原子能级和辐射跃迁按照玻尔的氢原子理论，绕原子核高速旋转的电子具有一系列不连续的轨道，这些轨道称为能级,如图1-1。

激发态基态当电子在不同的能级时，原子系统的能量是不相同的，能量最低的能级称为基态。

当电子由于外界的作用从较低的能级跃迁到较高的能级时，原子的能量泵浦原子核图1-2电子跃迁图加，从外界吸收能量。

反之，电子从较高能级跃迁到较低能级时，向外界发出能量。

在这个过程中，若原子吸收或发出的能量是光能（辐射能），则称此过程为辐射跃迁。

发出或吸收的光的频率满足普朗克公式（hv=E2-E1）。

1.2.2受激吸收、自发辐射、和受激辐射受激吸收：处于低能级上的原子，吸收外来能量后跃迁到高能级，则称之为受激吸收。

自发辐射：由于物质有趋于最低能量的本能，处于高能级上的原子总是要自发跃迁到低能级上去，如果跃迁中发出光子，则这个过程称为自发辐射。

受激吸收自发辐射受激辐射两个能级之间的能量差越大，自发辐射过程所放出的光子频率就越高。

如同弹琴，如果用力拉紧琴弦，琴发出的音调频率就高，反之则低。

激光原理及应用

激光原理及应用第1章辐射理论概要与激光产生的条件1.光波：光波是一种电磁波，即变化的电场和变化的磁场相互激发，形成变化的电磁场在空间的传播.光波既是电矢量→E 的振动和传播,同时又是磁矢量→B 的振动和传播。

在均匀介质中，电矢量→E 的振动方向与磁矢量→B 的振动方向互相垂直，且→E 、→B 均垂直于光的传播方向→k 。

(填空）2.玻尔兹曼分布:e g n g n kT n n m mE E n m )(--=（计算） 3.光和物质的作用：原子、分子或离子辐射光和吸收光的过程是与原子的能级之间的跃迁联系在一起的。

物质（原子、分子等)的相互作用有三种不同的过程，即自发辐射、受激辐射及受激吸收。

对一个包含大量原子的系统，这三种过程总是同时存在并紧密联系的.在不同情况下，各个过程所占比例不同，普通光源中自发辐射起主要作用，激光器工作过程中受激辐射起主要作用.（填空）自发辐射：自发辐射的平均寿命A 211=τ（A 21指单位时间内发生自发辐射的粒子数密度，占处于E 2能级总粒子数密度的百分比）4.自发辐射、受激吸收和受激吸收之间的关系在光和大量原子系统的相互作用中,自发辐射、受激辐射和受激吸收三种过程是同时发生的，他们之间密切相关。

在单色能量密度为ρV 的光照射下,dt 时间内在光和原子相互作用达到动平衡的条件下有下述关系：dt dt dt v v n B n B n A ρρ112221221=+ （自发辐射光子数）（受激辐射光子数) （受激吸收光子数）即单位体积中，在dt 时间内，由高能级E2通过自发辐射和受激辐射而跃迁到低能级E1的原子数应等于低能级E1吸收光子而跃迁到高能级E2的原子数。

（简答） 5.光谱线增宽:光谱的线型和宽度与光的时间相干性直接相关，对许多激光器的输出特性（如激光的增益、模式、功率等）都有影响，所以光谱线的线型和宽度在激光的实际应用中是很重要的问题。

（填空)光谱线增宽的分类：自然增宽、碰撞增宽、多普勒增宽自然增宽：自然增宽的线型函数的值降至其最大值的1/2时所对应的两个频率之差称作原子谱线的半值宽度,也叫作自然增宽.碰撞增宽：是由于发光原子间的相互作用造成的。

激光医学第二章2

需知道：激光单脉冲能量（）需知道：激光单脉冲能量（E）脉冲宽度（）脉冲宽度（∆t）重复频率（）重复频率（f）被照射面积（）被照射面积（s）被照射时间（）被照射时间（t）给出：峰值功率（）、脉冲数给出：峰值功率（Peak Power）、脉冲数、）、脉冲数、功率密度（）能量密度（）功率密度（I）、能量密度（D）
激光安全管理措施
• 1．使用第1级激光器的管理无害免控激光器，因此不需任何控制措施。激光器不必使用警告标记，但须避免不必要长久地直视第一级激光束 • 2．第2级激光器的使用安全措施为低水平激光器，如偶尔照射到人眼还不至于引起伤害，可连续观察激光束时能损伤眼睛。因此，不能长时间。间地直视激光束，此是对第二级激光器的最重要控制措施。此外，还应该在安放第2级激光器的房门上及激光的外壳及其操作面板上张贴警告标记。
激光的入射角度对眼睛的伤害
• 由于眼球的特殊解剖及特殊生理关系，激光对视网膜的损伤与入射角度有紧密关系。 • 眼球自身为一聚光透镜系统，射入的激光光束与视轴线平行进入眼内时，于眼底黄斑区中央凹处聚焦成很小的光斑，其能量密度比角膜处高3～4倍。而黄斑区中央凹是眼睛视觉功能最灵敏及最重要的区域，一旦受损视觉功能将发生不同程度的改变。严重者将终身失明。
• 白天,人眼的色视觉完全靠黄斑部的感光作用获得,黄斑部的面积虽只占视网膜总面积的很少一部分,中央凹直径只有0.5mm左右.但反映的视野 (眼睛凝视前方所能看清的总面积)却占很大比例。 • 生理结构上黄斑部中央凹有2～3万个长而细的锥体感光细胞组成,感光细胞分布密度很高,主要担负视觉功能.在受到损伤后对白昼色视觉功能就丧失. • 再者,视网膜黄斑的中央凹处无血管及神经分布, 因此这部位的热量扩散功能很差,一旦损伤后,再修复的希望很渺盲. • 中央凹是视网膜最薄弱的地方,在受到激光作用后比视网膜中其他部位更容易遭到破坏,因此激光直射眼睛非常危险.

LED（发光二极管）和激光器

LED（发光⼆极管）和激光器⼀、LED:发光⼆极管⼀、LED及其特点Light Emitting Diode,即发光⼆极管，是⼀种半导体固体发光器件，它是利⽤固体半导体芯⽚作为发光材料，当两端加上正向电压，半导体中的载流⼦发⽣复合引起光⼦发射⽽产⽣光。

LED可以直接发出红、黄、蓝、绿、青、橙、紫、⽩⾊的光。

LED的特点:LED使⽤低压电源，供电电压在6-24V之间，根据产品不同⽽异，所以它是⼀个⽐使⽤⾼压电源更安全的电源，特别适⽤于公共场所;效能：消耗能量较同光效的⽩炽灯减少80%;适⽤性：很⼩，每个单元LED⼩⽚是3-5 mm的正⽅形，所以可以制备成各种形状的器件，并且适合于易变的环境;稳定性：10万⼩时，光衰为初始的50%;响应时间：其⽩炽灯的响应时间为毫秒级，LED 灯的响应时间为纳秒级。

⼆、LED的发光原理及结构介绍发光⼆极管的核⼼部分是由p型半导体和n型半导体组成的晶⽚，在p型半导体和n型半导体之间有⼀个过渡层，称为p-n结。

在某些半导体材料的P N结中，注⼊的少数载流⼦与多数载流⼦复合时会把多余的能量以光的形式释放出来，从⽽把电能直接转换为光能。

PN结加反向电压，少数载流⼦难以注⼊，故不发光。

这种利⽤注⼊式电致发光原理制作的⼆极管叫发光⼆极管，通称LE D。

当它处于正向⼯作状态时(即两端加上正向电压)，电流从LED阳极流向阴极时，半导体晶体就发出从紫外到红外不同颜⾊的光线，光的强弱与电流有关。

⽽通过对其中发光材料的研究，⼈们逐渐开发出各种光⾊、光效率越来越⾼的L ED元件，但是⽆论怎么变化，LED总的发光原理和结构都没有发⽣太⼤的变化。

三、LED常⽤照明术语1、平均寿命：指⼀批灯⾄50%的数量损坏时的⼩时数。

单位：⼩时（h）。

2、经济寿命：在同时考虑灯泡的损坏以及光束输出衰减的状况下，其综合光束输出减⾄特定的⼩时数。

室外的光源为70%，室内的光源为80%。

3、⾊温：光源发射光的颜⾊与⿊体在某⼀温度下辐射光⾊相同时，⿊体的温度称为该光源的⾊温。

激光器的工作原理

激光器的工作原理激光器（Laser）是一种产生及放大了相干辐射的光源。

与传统的光源（如日光灯）不同，激光器的光是由一束高度集中的能量发射而出的，具有单一的波长，高度的纯度和高强度。

激光器的工作原理可以简单地描述为光辐射的受激放大过程。

该过程包括三个主要部分：激光介质、光子受激放大（或刺激）和光反馈。

首先，激光介质是激光器的重要组成部分，它是光辐射的来源。

激光介质可以是气体、固体或液体等物质。

最常用的激光介质是具有能级跃迁的气体或固体材料。

激光介质中的原子或分子在一个低能级的基态，通过能量输入（如电子激发或光激发）被引导到一个较高能级。

这个能级通常是一个相对于基态低发生辐射的能级。

其次，光子受激放大是激光器的核心原理。

当激光介质中的原子或分子被激发到较高能级后，它们会通过辐射的方式回到较低能级。

在这个过程中，一束入射的光子可能与被激发的原子或分子发生相互作用。

如果入射光子和被激发的原子或分子的能级之间的能量差恰好等于光子的能量，那么光子就会被吸收，被激发的原子或分子则从一个较高能级跃迁到一个更高的能级，从而导致了一个受激辐射（受激辐射是与入射光子相同波长和相位的光子）。

这个过程还会释放出额外的能量，增加了原子或分子跳到更高能级的概率。

最后，光反馈是激光器实现放大的重要过程。

激光器通常包含一个光学激射器组件，该组件通过光反射将受激辐射的能量留在激光介质中。

这种光反射可以通过使用一个全反射镜（反射率为100%的镜子）或个多透镜组成的光学共振腔来实现。

光学共振腔具有特定的光程和特定的模式，使得受激辐射只有在特定时间和空间被放大。

当受激辐射在光学共振腔中来回反射时，它会与被激发的原子或分子再次产生相互作用，从而进一步加强了放大的效果，这就是激光的放大效应。

综上所述，激光器通过激光介质中的受激辐射的急剧放大实现了高强度、单一波长和高度纯度的光辐射。

激光器的工作过程基于光子的受激放大、能级跃迁和光的反馈等物理原理，它在医疗、通信、测距、制造等领域具有广泛的应用。