2章光源与激光器

光与现 代科技
3. 激光的特性
激光是一种特殊光，与普通光相比，有以下四个主 要特点：
高方向性
颜色极纯-单色性强 高强度，高亮度； 相干性强，
光与现 代科技
1.方向性好
它发射出去的光，基本上是一条直的平行光束。
普通光源（太阳、白炽灯或荧光灯）向四面八方发 光，而激光的发光方向可以限制在小于几个毫弧度立 体角内，这就使得在照射方向上的照度提高千万倍。 激光准直、导向和测距就是利用方向性好这一特性 激光束发散角小，接近衍射极限，约为10-3rad量 级，对应的主体角在10-6sr量级。普通光源发出的光 辐射沿4立体角分布，比激光束大106倍。激光束是 高度平行的光束。
单色性越好
I0 2
谱线宽度：通常用强度下降到 I0
2
的两点之间的波长范围 ：

2
2
谱线宽度是标志谱线单色性好坏的物理量
光与现 代科技
激光的颜色极纯——单色性强
激光问世前，最好的单色光是氪灯
发出的光，而激光比氪灯光的单色性高出
几十万倍。
光波的单色性可表示为
谱线宽度 中心波长
自然光源：是自然界中存来自百度文库的，如太阳、恒星等
人造光源：是人为地将各种形式的能量，如热能、 电能、化学能转换为光辐射能的器件，其中利用 电能产生光辐射的器件称为电光源，如激光器等
相干光源：频率相同、振动方向相同，相位差恒 定的光源
非相干光源
光与现
代科技1960年一种神奇的光诞生了，它就是激光。 什么是激光？ 激光是受激辐射的光放大，是利用物质受激辐射原 理和光放大过程产生出来的一种特殊光。 激光的英文名称是 Laser，它是英语短语“受激发 射光（light amplification by stimulated emission of radiation）放大”中每个实词第一个字母组成的缩 略词，它包含了激光产生的由来。 它一出现就创造了许多奇迹，真可谓“一鸣惊人”。 二十世纪四大发明：半导体；原子能；计算机；激 光 激光器的问世使整个自然科学及相关技术发生了天 翻地覆的变化，它正在做着人们昨天无法想象的事 情，明天定将做出更多人们今天无法想象的事情！ 让我们关注身边的科技，不断的学习和探索。
§2.3 激光器的类型
1 .气体激光器
2. 固体激光器
3 .染料激光器
4 .半导体激光器
5 .光纤激光器
光与现
§ 2.1 光源及其特性
代科技 1、光源类别
发光是由于自发辐射或受激辐射导致的。凡是能 辐射光波的物体均为光源
按照光源的性质，光源可分为自然光源和人造光 源、相干光源和非相干光源等。
尽管激光的总能量并不一定很大，但由于能量高度 集中，很容易在某一微小点处产生高压和几万摄氏 度甚至几百万摄氏度高温。
激光打孔、切割、焊接和激光外科手术就是利用了 这一特性。
地球上任何一种已知材料，无论其熔点多高，在强 激光照射下1秒钟之内即可开始气化；任何一种金 属或钻石，不管其硬度多大，激光均可轻而易举地 对它打孔。
而某种激光的波长，只集中在十分窄的光谱波 段或频率范围内。如氦氖激光的波长为632.8 纳米，其波长变化范围不到万分之一纳米。
由于激光的单色性好，为精密度仪器测量和激 励某些化学反应等科学实验提供了极为有利的 手段。
光与现 3.高强度和高亮度。激光是当代最亮的光源，
代科只技有氢弹爆炸瞬间强烈的闪光才能与它相比拟。太阳 光亮度大约是103瓦／（厘米2.球面度），而一台大功 率激光器的输出光亮度经太阳光高出7～14个数量级， 即激光的亮度比太阳表面的亮度高几百亿倍，
光与现 代科技
激光的高方向性
光束发散角=2 α
r α
s
探照灯：35毫弧度≈1度 激 光：10-2毫弧度
光与现 代科技
2.单色性好。
单色光： 具有单一频率的光波称为单色光。
任何光源所发出的光波都有一定的频率（或波长 范围，在此范围内，各种频率（或波长）所对应 的强度是不同的。
I0
波长所对应的波长范围越窄，光的
=
Δλ λ


Δ

氦氖激光的单色性比单色性最好的普 通光源，如氪灯好 105 倍。
光与现 代科技
光是一种电磁波。光的颜色取决于它的波长。
普通光源发出的光通常包含着各种波长，是各 种颜色光的混合。太阳光包含红、登、黄、绿、 青、蓝、紫七种颜色的可见光及红外光、紫外 光等不可见光。
光与现 代科技
4.相干性好、偏振性好。激光即便从各点发
出的光，也如同从一个点发出的光一样，
具有相同的频率、相位和振动方向。
干涉是波动现象的一种属性。由于激 光具有高单色性和高定向性，决定了激光 具有极好的时间相干性和空间相干性。激 光的这一特性使全息照相成为现实。
特制的氦 氖激光器输出的光束， 相干长度达2107km。氪灯只有38.5cm。
光与现 代科技
光与现代科技 讲座
第二章 光源与激光器
光与现
代科技
光与现代科技讲座
第一章 绪论
2
第二章 光源与激光器
2
第三章 光纤与光学传感技术
4
第四章 激光在现代医学中的应用 4
第五章 激光在军事技术中的应用 4
第六章 激光在现代工业和加工中的应用 4
第七章 光与信息技术
激光器能产生宽度极窄的光脉冲，使用 开关
的激光器，可输出脉宽10-9s左右的光脉冲，使用锁 模技术，可产生10-14s的光脉冲。由于能量被集中在 极短的时间内发射出来，因此光功率极高。
一台普通的红宝石激光器发出激光亮度，比太阳亮 度高8个数量级(几千万倍）
光与现 代科技
强激光甚至可产生上亿度的高温。
4
第八章 光通信技术与网络
6
第九章 光学成像、全息与显示技术 2
第十章 光电集成与纳米技术
2
光与现 代科技
第二章 光源与激光器
§2.1 光源及其特性
1.光源的类别
2.光源的基本特性参数
3.激光的基本特性；
§2.2 激光辐射原理
1 .跃迁和辐射 2 .激光器的基本构成 3. 激活粒子的能级系统 4. 激光输出模式
光与现
代 科所技谓激光技术，就是探索开发各种产生激光的方法以 及探索应用激光的这些特性为人类造福的技术的总称