激光玻璃 ppt课件
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玻璃ppt课件
玻璃
1
一、玻璃的发展概论
玻璃的历史源远流长，确切发明地尚无定论， 据最新的考古和玻璃历史研究成果判断，玻 璃的发源地应该是拥有悠久文明史的两河流 域所在地中东或尼罗河流域的古埃及。
埃及是一个很早就知道玻璃制造奥秘的国家。 早在公元前3700年前，古埃及就出现了玻 璃珠子和玻璃镶嵌片。公元前1550年至公 元前1500年之间，在古埃及和两河流域都 出现了玻璃器皿。
9
西周时期的玻璃器往往光素无装饰，色彩晦暗，质地 疏松，制作粗糙，时时会有造型不正的状况。春秋、 战国、两汉时期的玻璃器多以仿玉，光洁度好，工艺 水平较高。三国两晋南北朝时期的玻璃器，多受异域 文化的影响，器物轻薄，透明度较好。唐代时受波斯 风格的影响，出现不少新的造型，风格亮丽，品种较 多。宋元时期则小巧精致，料器生产已趋规范。明代 玻璃器虽然较少，但工艺十分成熟，风格简洁大气。 清代玻璃器与前代迥异，数量多，色彩绚烂，工艺复 杂，并出口影响西方料器的生产，达到中国古代玻璃 工艺的高峰。
2
一、玻璃的发展概论
公元前4世纪埃及又发明了玻璃铸模工艺、车花、镌 刻和镀金工艺。公元前1世纪叙利亚人创造了吹制工 艺，可以将玻璃液随心所欲地吹成各种形态的器皿。
公元1世纪，罗马成为玻璃制造业的中心。罗马帝国 的玻璃工艺有吹制、吹模、切割、雕刻、镌刻、缠 丝、镀金等。5世纪以后罗马玻璃工艺逐渐衰退，到 8世纪，除了教堂的彩色玻璃镶嵌之外，欧洲的玻璃 工艺几乎灭绝。然而，这段时期中东地区的玻璃工 艺还在继续发展。叙利亚工匠把银盐注入玻璃溶液， 炼出了有金属光泽的玻璃。大马士革、君士坦丁堡 和开罗是9至14世纪中东地区的玻璃生产中心。
4
欧洲玻璃工艺的另一个中心是波西米亚和德 国。13至15世纪的哥特时代，当地生产一 种墨绿色的玻璃器，被称为“森林玻璃”。
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一、玻璃的发展概论
玻璃的历史源远流长，确切发明地尚无定论， 据最新的考古和玻璃历史研究成果判断，玻 璃的发源地应该是拥有悠久文明史的两河流 域所在地中东或尼罗河流域的古埃及。
埃及是一个很早就知道玻璃制造奥秘的国家。 早在公元前3700年前，古埃及就出现了玻 璃珠子和玻璃镶嵌片。公元前1550年至公 元前1500年之间，在古埃及和两河流域都 出现了玻璃器皿。
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西周时期的玻璃器往往光素无装饰，色彩晦暗，质地 疏松，制作粗糙，时时会有造型不正的状况。春秋、 战国、两汉时期的玻璃器多以仿玉，光洁度好，工艺 水平较高。三国两晋南北朝时期的玻璃器，多受异域 文化的影响，器物轻薄，透明度较好。唐代时受波斯 风格的影响，出现不少新的造型，风格亮丽，品种较 多。宋元时期则小巧精致，料器生产已趋规范。明代 玻璃器虽然较少，但工艺十分成熟，风格简洁大气。 清代玻璃器与前代迥异，数量多，色彩绚烂，工艺复 杂，并出口影响西方料器的生产，达到中国古代玻璃 工艺的高峰。
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一、玻璃的发展概论
公元前4世纪埃及又发明了玻璃铸模工艺、车花、镌 刻和镀金工艺。公元前1世纪叙利亚人创造了吹制工 艺，可以将玻璃液随心所欲地吹成各种形态的器皿。
公元1世纪，罗马成为玻璃制造业的中心。罗马帝国 的玻璃工艺有吹制、吹模、切割、雕刻、镌刻、缠 丝、镀金等。5世纪以后罗马玻璃工艺逐渐衰退，到 8世纪，除了教堂的彩色玻璃镶嵌之外，欧洲的玻璃 工艺几乎灭绝。然而，这段时期中东地区的玻璃工 艺还在继续发展。叙利亚工匠把银盐注入玻璃溶液， 炼出了有金属光泽的玻璃。大马士革、君士坦丁堡 和开罗是9至14世纪中东地区的玻璃生产中心。
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欧洲玻璃工艺的另一个中心是波西米亚和德 国。13至15世纪的哥特时代，当地生产一 种墨绿色的玻璃器，被称为“森林玻璃”。
激光技术课件ppt
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激光器图
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（二）激光器的种类
• • • 按运转（工作）方式分，有连续波、单 脉冲、重复脉冲和波长可调激光器等； 按激励方式分，有光激励、电激励、热 激励、化学激励和核激励激光器等； 按工作物质的不同，分为固体、气体、 半导体、染料、化学和自由电子激光器 等。
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二、激光的产生
受 激 吸 收
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自 发 辐 射
处于激 发态上的 原子很不 稳定，回 到基态后 即会放出 原子，称 为自发辐 射。
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受 激 辐 射
两个 光子在频 率、相位、 传播方向 上完全一 致。
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三、激光的特性
激光具有亮度高、单色性好、方 向性好、相干性好的特点。
ห้องสมุดไป่ตู้
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激光致盲武器
“军刀”(Saber)203的 激光照明系统，主要用于 照明、致盲和瞄准目标。 该装置采用镍镉电池供 电，工作波长为670纳米， 功率400毫瓦，有效照明距 离300米，重1.5磅，每枚 电池可连续运行30分钟， 100米处的光斑尺寸可在 1～10米之间变化。
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激光器的种类
１、固体激光器。用固体材料作为激 光器的工作物质。这类激光器的特 点是小而坚固，功率较高。 ２、气体激光器。用气体作为激光器 的工作物质。其特点是能以脉冲和 连续两种方式工作。
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激光器的种类
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。
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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
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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。
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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
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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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光的颜色色散激光课件
【典例1】一束细白光通过玻璃三棱镜折射后，在竖直放置的光屏上形成了如图所示的光谱，其中a、c为光谱的边缘色光，关于a、b、c三种色光，下列说法正确的是( )
把温度计放在光屏上c色光的下方，示数增加最快
若分别让a、b、c三色光通过一双缝干涉装置,则a光形成的干涉条纹的间距最大
a、b、c三色光在玻璃三棱镜中的传播速度依次越来越小
【解析】选A、D.根据薄膜干涉图象，可知λa<λb，所以a光的折射率大，故选项A、D正确.
非选择题 如图所示，一束由红、绿、紫三种单色光组成的复色光，通过横截面为梯形的玻璃后，在光屏上形成彩色光带，则彩色光带从上到下依次为_____的排列顺序.
01
【解析】发生折射时，折射率越小，偏折角越小.由于红、绿、紫光的频率依次增大，折射率依次增大，故彩色光带从上到下依次为紫、绿、红.
01
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使从增透膜前后两表面反射的光路程差等于 故选项A正
确；光的色散说明同一介质对不同色光的折射率不同，折射
后偏折角不同，才分散开形成彩色光带，故选项B正确；单色
光双缝干涉条纹的距离相同，故选项C错误；干涉、衍射是波
具有的特性，故选项D正确.所以说法不正确的是C选项.
02
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2.增透膜
为了减少光学装置中的反射光的损失，可在元件表面涂一层透明薄膜，一般是氟化镁. 如图所示，在增透膜的前后表面反射的两列光波形成相干波，相互叠加，当路程差为半波长的奇数倍时，在两个表面反射的光反向，相互抵消，从而使反射的两列光波产生相消干涉，反射光的能量几乎等于零.
一般取最小厚度d满足2d= (此波长为光在该种介质中的波长)
【解析】选D.薄膜竖直放置，上端薄，下端厚，同一水平位置的薄膜的厚度相同，出现的干涉条纹应是水平，故选项D正确.
激光技术和应用-PPT课件
1 激光发展史
心脏动脉血管支架 1064nm激光 医疗设备（去斑等）
1 激光发展史
激光之母。受控核聚变很久以来都是人们认为最理想的清洁能源发电方式。1962年，劳伦斯 利弗莫尔国家实验室的物理学家约翰·纳科尔斯（John Nuckolls）在加利福尼亚州利弗莫尔， 提出用激光脉冲加热和压缩的重氢同位素块实现受控核聚变。从那以来，利弗莫尔实验室 一直追寻着这个理念，他们使用的激光器也越来越大，终于在美国国家点火实验设施中达 到巅峰。 这是一个复杂的系统，可以同时发出192束激光，去年，在十亿分之几秒的时间内， 产生了能量达到100万焦耳的激光脉冲，使之成为有史以来能量最强的激光器。 （美国国家点火实验设施 (NIF)是美国出于研究核聚变反应设想而建造的试验装置。）
美国（包括北美）占55% ，欧州占22%，日本及太平洋地区占23%。 在世界激光市场上日本在光电子技术方面占首位，美国占第二位； 在激光医疗及激光检测方面则美国占首位；而在激光材料加工设备 方面则是 德国占首位。因此我们选择美国、日本、 德国三个国家， 介绍他们激光产业发展情况，也就反映了世界激光市场的基本情况 及其发展趋势。
1 激光发展史
国产激光焊接机
1 激光发展史
激光数控切割机
1 激光发展史
进口高精度激光雕刻机
1 激光发展史
激光外科手术。激光在医学上的首次成功应用是进行眼内手术，但是不需要切开眼球。早在 1962年，一台红宝石激光器将病人脱落的视网膜与眼球重新连接，使他恢复了视力。更大的 成功在1968年到来，外科医生弗朗西斯·莱斯佩朗斯和贝尔实验室的工程师使用氩离子激光 器破坏异常的血管，以避免这些血管在视网膜中扩散，致使糖尿病人失明。这种治疗方法已 经挽救了数百万人的视力。如今，激光也被用来切割角膜，以矫正视力，或者使胎记和刺青 褪色。
《激光加工技术》ppt课件
求在这些材料上打出又小又深的孔，例如，
钟表或仪表的宝石轴承，钻石拉丝模具， 化学纤维的喷丝头以及火箭或柴油发动机
中的燃料喷嘴等。这类加工任务，用常规 的机械加工方法很困难，有的甚至是不可 能的，而用激光打孔，那么能比较好地完 成任务。
激光打孔中，要详细理解打孔的材
料及打孔要求。从理论上讲，激光可以在任
何材料的不同位置，打出浅至几微米，深至
二十几毫米以上的小孔，但详细到某一台打
孔机，它的打孔范围是有限的。所以，在打
孔之前，最好要对现有的激光器的打孔范围
进展充分的理解，以确定能否打孔。
激光打孔的质量主要与激光器输出功
率和照射时间、焦距与发散角、焦点位置、
光斑内能量分布、照射次数及工件材料等因
素有关。在实际加工中应合理选择这些工艺
展激光焊接。激光焊接一般无需焊料和焊剂，
只需将工件的加工区域“热熔〞在一起即可， 如图7-12所示。
激光焊接速度快，热影响区小，焊接
质量高，既可焊接同种材料，也可焊接异种
材料，还可透过玻璃进展焊接。
1 2
3
4
1 — 激 光 ； 2 — 被 焊 接 零 件 ； 3 — 被 熔 化 金 属 ； 4 — 已 冷 却 的 熔 池
由内向外挪动，激光束便相应地熔化金
属层，使图像与声音记录下来。加工机
理是用激光热效应，是激光去除加工。
例。
淬硬表面
淬硬表面
(a) 圆 锥 表 面
(b) 铸 铁 凸 轮 轴 表 面
图5 激光外表强化处理应用实例
6〕 激光存储
是利用激光进展视频、音频、文
字资料、计算机信息等的存取。激光电
视唱片的制作可分为原版录制和复制两
激光ppt课件
优点：可以对高熔点、高硬度的 脆性材料加工；热变形、热影响区小； 可避免杂质污染；可加工复杂图形， 等等。
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12
二、激光的应用
2、科技上：激光全息照相
全息照片的拍摄利用了光的干涉 原理，它是利用参考光和物光发生干 涉形成的。
激光的相干性好，无需镜头或其 他成像装置，而将与物体反射光波的 振幅和相位有关的信息转换成强度的 变化，作用在感光材料上，记录下物 体三维图像的信息。
同一束激光中，光子的频率是相同的，振动情况 也完全相同。激光是最好的相干光源。
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一、激光的特点
5、覆盖波段宽，且可调谐
用不同类型的激光器已经获得了从X射线到远红 外线波段的激光，人们利用各种物理效应，发明了不 同类型的可调谐激光器，像无线电波那样进行调制， 用来传递信息。
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二、激光的应用
激光具备上述优点，在军事、工业、农业、 科技、医学、环保、公安以及社会生活各个方 面都有广泛的应用。
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二、激光的应用
1、工业上：激光加工
激光的能量高度集中，聚焦后可 以达到很高的能量官长，从而达到很 高的温度，因此常用于对材料或工件 进行打孔、焊接、切割、划片、热处 理、雕刻等。
DVD单面单层15GB、双层30GB；BD单面单层25GB、双面50GB。 。
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二、激光的应用
8、军事上：激光武器
可编辑课件PPT
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“魟鱼”激光致盲武器
可编辑课件PPT
21
魟鱼（Stingray）系统
激光对抗装置
美国洛克希德.桑德斯公司
开发的AN/PLQ--5激光对抗
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二、激光的应用
2、科技上：激光全息照相
全息照片的拍摄利用了光的干涉 原理，它是利用参考光和物光发生干 涉形成的。
激光的相干性好，无需镜头或其 他成像装置，而将与物体反射光波的 振幅和相位有关的信息转换成强度的 变化，作用在感光材料上，记录下物 体三维图像的信息。
同一束激光中，光子的频率是相同的，振动情况 也完全相同。激光是最好的相干光源。
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一、激光的特点
5、覆盖波段宽，且可调谐
用不同类型的激光器已经获得了从X射线到远红 外线波段的激光，人们利用各种物理效应，发明了不 同类型的可调谐激光器，像无线电波那样进行调制， 用来传递信息。
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二、激光的应用
激光具备上述优点，在军事、工业、农业、 科技、医学、环保、公安以及社会生活各个方 面都有广泛的应用。
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二、激光的应用
1、工业上：激光加工
激光的能量高度集中，聚焦后可 以达到很高的能量官长，从而达到很 高的温度，因此常用于对材料或工件 进行打孔、焊接、切割、划片、热处 理、雕刻等。
DVD单面单层15GB、双层30GB；BD单面单层25GB、双面50GB。 。
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二、激光的应用
8、军事上：激光武器
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“魟鱼”激光致盲武器
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魟鱼（Stingray）系统
激光对抗装置
美国洛克希德.桑德斯公司
开发的AN/PLQ--5激光对抗
激光原理与技术PPT课件
激光手术
阐述激光手术在眼科、神 经外科等领域的应用及优 势，如精度高、创伤小等 。
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CATALOGUE
激光测量与检测技术
激光干涉测量技术
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干涉测量原理
利用激光的相干性，通过干涉条纹的变化来测量 长度、角度等物理量。
干涉测量系统组成
包括激光器、分束器、反射镜、探测器等部分。
3
干涉测量技术应用
时间特性
激光束的时间特性包括脉冲宽度、重复频率和稳定性等。其中，脉冲宽度决定 了激光的峰值功率和能量，重复频率则影响了激光的平均功率。稳定性则是确 保激光束在长时间内保持一致性的关键因素。
激光束的调制与偏转技术
调制技术
通过对激光束进行幅度、频率或相位等调制，可以实现信息 的加载和传输。常见的调制方式包括振幅调制、频率调制和 相位调制等。这些调制技术使得激光束能够携带更多的信息 ，并在通信、传感等领域得到广泛应用。
对皮肤的危害
长时间或高强度激光照射皮肤， 可能导致皮肤烧伤、色素沉着、 皮肤癌等严重后果。
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）和美国激光产品安全标准（ANSI）等制定了激光产品的 安全标准，包括激光等级分类、安全警示标识、使用说明等。
防护措施
使用激光产品时，应佩戴合适的防护眼镜或面罩，避免直接照射眼睛或皮肤；同 时，应在激光工作区域内设置明显的安全警示标识，提醒他人注意安全。
偏转技术
激光束的偏转技术主要是通过改变激光束的传播方向来实现 。常见的偏转方式包括机械偏转、电光偏转和声光偏转等。 这些偏转技术使得激光束能够灵活地指向目标，并在激光雷 达、光学扫描等领域发挥重要作用。
激光束的聚焦与整形技术
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。
1.1 激光光束ppt课件
大 演示了世界第一台红宝石固态激光器。
学
实验证实激光确实具有理论预期的完全不同于普通
光的性质：单色性、方向性和相干性。
1960-5-17，Ted Maiman 发明第一台激光器
电 子 科 技 大 学
第一台红宝石激光器的拆卸图
电 子 科 技 大 学
Laser 突破了非相干光源单色亮度低、在介质
中中传播时因吸收而不断减弱的缺陷,当泵浦光通
北京邮电大学出版社,2005
参考书
1、《激光物理导论》，作者：章若冰
电 2.《激光物理》，作者：钱梅珍等
子 科
3.《激光光学》，作者：吕百达
技 4.《激光原理》，作者：周炳琨
大 5. 《激光物理基础》 作者：王雨三、张
学
中华， 出版社：哈尔滨工业大学出版
社，2004.2
电 子
第一章 激光光束
科
技
§1 概 述
电 子 科 技 大 学
激光 laser —— light amplification by
stimulated emission of radiation
理论基础：
电
光与物质之间的共振相互作用是激光器发光的物理基
子 础。
科
1900年普郎克提出量子化假说，成功地解释了黑体辐
技
射的实验规律。1913年波尔又利用量子化假说，成功地
（ICF）
（MCF）
电 子 科 技 大 学 在极短时间内使靶丸表面形成高温等离子体，等离子体
膨胀向外爆炸的反作用力产生相当于十亿倍大气压力的
向心聚爆压力，将氘氚等离子体压缩到高温、高密度状
态，使之在中心“点火”，引起氘氚燃料核聚变反应。
电 子 科 技 大 学
激光雕刻产品的设计与制作ppt课件
主控箱的作用是控制整台设备的运行，包括对激光电源、X、Y振 镜驱动器、冷却系统等部件的控制。给激光器提供电源，电源的 电流是通过专用智能恒流模块来实施控制的。智能恒流模块根据 给定值确定输出电流的大小， 同时根据电流传感器反馈的实际电
流值和实际电流的上升斜率来快速调节功率元器件的输出电流， 实现高速、精密的电流闭环控制。
次；
（6）按下“LASER ON”键，电流表显示当前电流值；（注：为了保护 半导体激光器，要求需等冷水机工作三分钟后再按下“LASER ON”开关）
（7）按下“Q”键打开Q驱，将电流调到可以内雕的电流值； （8）按下“SCAN”键给振镜上电，确定打标焦点； （9）报警指示灯没有报警，一切正常即可进行内雕。
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主控箱面板上有电流显示、电流调节旋钮、总启动按钮、激光器电源开 关、振镜驱动器电源开关、声光Q驱动器开关、钥匙开关、急停开关、空 气开关、报警指示灯等。
电流显示 (CURRENT) 面板上的三位半数显表显示的是电源实际输出电流值。 电流调节旋钮，顺时针转动为加大电流输出， 逆时针则减小电流输出。 总启动按钮 (START) 总启动按钮亮时，表示内部电路自检正常， 允许设备启动，否则设备无
果再次开机，请把急停开关扭出来。任何时候按动此按钮，整机停止工 作。 钥匙开关 (LOCK) 钥匙开关处于 “ON”位置时，表示整机可以启动，钥匙开关处于 “OFF” 位置时，表示整机不可以启动 空气开关 (POWER) 空气开关为电源总开关，打开空气开关，整机才处于启动等待状态。
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激光雕刻原理其实也很简单。激光要能雕刻玻璃，它的能量密度 必须大于使玻璃破坏的某一临界值，或称阈值，而激光在某处的 能量密度与它在该点光斑的大小有关，同一束激光，光斑越小的 地方产生的能量密度越大。这样，通过适当聚焦，可以使激光的 能量密度在进入玻璃及到达加工区之前低于玻璃的破坏阈值，而 在希望加工的区域则超过这一临界值，激光在极短的时间内产生 脉冲，其能量能够在瞬间使水晶受热破裂，从而产生极小的白点， 在玻璃内部雕出预定的形状，而玻璃或水晶的其余部分则保持原 样完好无损。其实这也就是激光内雕辅助成像技术。随着技术的 发展，彩色内雕也有器开关 ( Q ON/OFF) 按动开关，可接通或断开声光Q开关驱动器的电源，灯亮表示开，灯灭表
流值和实际电流的上升斜率来快速调节功率元器件的输出电流， 实现高速、精密的电流闭环控制。
次；
（6）按下“LASER ON”键，电流表显示当前电流值；（注：为了保护 半导体激光器，要求需等冷水机工作三分钟后再按下“LASER ON”开关）
（7）按下“Q”键打开Q驱，将电流调到可以内雕的电流值； （8）按下“SCAN”键给振镜上电，确定打标焦点； （9）报警指示灯没有报警，一切正常即可进行内雕。
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主控箱面板上有电流显示、电流调节旋钮、总启动按钮、激光器电源开 关、振镜驱动器电源开关、声光Q驱动器开关、钥匙开关、急停开关、空 气开关、报警指示灯等。
电流显示 (CURRENT) 面板上的三位半数显表显示的是电源实际输出电流值。 电流调节旋钮，顺时针转动为加大电流输出， 逆时针则减小电流输出。 总启动按钮 (START) 总启动按钮亮时，表示内部电路自检正常， 允许设备启动，否则设备无
果再次开机，请把急停开关扭出来。任何时候按动此按钮，整机停止工 作。 钥匙开关 (LOCK) 钥匙开关处于 “ON”位置时，表示整机可以启动，钥匙开关处于 “OFF” 位置时，表示整机不可以启动 空气开关 (POWER) 空气开关为电源总开关，打开空气开关，整机才处于启动等待状态。
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激光雕刻原理其实也很简单。激光要能雕刻玻璃，它的能量密度 必须大于使玻璃破坏的某一临界值，或称阈值，而激光在某处的 能量密度与它在该点光斑的大小有关，同一束激光，光斑越小的 地方产生的能量密度越大。这样，通过适当聚焦，可以使激光的 能量密度在进入玻璃及到达加工区之前低于玻璃的破坏阈值，而 在希望加工的区域则超过这一临界值，激光在极短的时间内产生 脉冲，其能量能够在瞬间使水晶受热破裂，从而产生极小的白点， 在玻璃内部雕出预定的形状，而玻璃或水晶的其余部分则保持原 样完好无损。其实这也就是激光内雕辅助成像技术。随着技术的 发展，彩色内雕也有器开关 ( Q ON/OFF) 按动开关，可接通或断开声光Q开关驱动器的电源，灯亮表示开，灯灭表
光学功能玻璃激光玻璃课件
可靠性
激光玻璃具有较高的抗冲 击和抗振动能力，能够在 复杂的环境中可靠地工作 。
激光玻璃的应用领域
通信和信息处理
医疗和美容
激光玻璃可用于光纤通信、光信号处理、 光计算等领域，实现高速、大容量的信息 传输和处理。
激光玻璃可用于医疗领域的手术、诊断和 治疗，以及美容领域的激光嫩肤、脱毛等 。
军事和安全
可能性。
智能化制造
未来光学功能玻璃和激光玻璃的 生产将更加智能化，实现高效、
高精度、低成本的制造。
应用领域拓展
随着光学和激光技术的不断进步 ，光学功能玻璃和激光玻璃的应 用领域将进一步拓展，涉及医疗
、通信、能源等多个领域。
04
光学功能玻璃与激光玻璃的生 产工艺
光学功能玻璃的生产工艺
材料选择
配料与混合
激光玻璃通常由透明玻璃或晶体材料制成，内部含有能够产生激光的激活离子或色 心。
激光玻璃的制造过程涉及到精密的化学合成、掺杂、熔炼、成型和加工等环节，需 要严格控制材料成分和工艺参数。
激光玻璃的特性
01
02
03
高亮度和高能量
激光玻璃能够产生高亮度 和高能量的激光，具有很 好的单色性和相干性。
稳定性
激光玻璃具有较好的热稳 定性和化学稳定性，能够 在恶劣的环境条件下保持 性能稳定。
科研和教育
激光玻璃可用于军事领域的激光雷达、激 光制导、激光干扰等，以及安全领域的激 光测距、指纹识别等。
激光玻璃可用于科研领域的物理、化学、 生物等实验，以及教育领域的光学实验和 演示等。
03
光学功能玻璃与激光玻璃的关 系
光学功能玻璃在激光技术中的应用
激光发生器窗口
光学功能玻璃可以作为激光发生器的 窗口材料，能够承受高能激光的辐照 ，同时保持良好的光学性能。
激光技术ppt课件
超快激光技术面临的挑战主要包括如何提高激光器的重复 频率和稳定性，如何降低制造成本和提高生产效率，以及 如何解决超快激光对材料和环境的影响等问题。
光子晶体与光子集成电路
光子晶体是指具有光子带隙的人工微结构材料，能够控制光子在特定频率范围内 的传播。光子集成电路则是指将光子器件集成在一块芯片上，实现光子器件之间 的相互作用和光子信号的处理。
光动力治疗
利用特定波长的激光激活 光敏剂，产生光化学反应 ，杀伤病变细胞，常用于 治疗肿瘤等疾病。
激光美容
利用激光的能量对皮肤进 行美白、祛斑、除皱等治 疗，具有无创、无痛、无 副作用等优点。
激光雷达
激光雷达测距
利用激光对目标进行测距，具有精度 高、响应速度快等优点，常用于地形 测绘、无人驾驶等领域。
光器。
激光器的性能参数
输出功率
表示激光器的输出能量，单位 为瓦特。
光束质量
表示激光束的发散角、光束直 径和光束质量因子等参数。
波长与光谱宽度
表示激光的频率范围和光谱宽 度。
稳定性与可靠性
表示激光器的稳定性和可靠性 ，包括温度稳定性、寿命和故
障率等参数。
03 激光技术的基本特性
激光的相干性
相干性定义
相干性描述了光波之间的相互影响和关联程度。在激光中，相干性 是指光波在时间和空间上的有序性和规则性。
相干性的重要性
相干性决定了激光的干涉和衍射现象，是实现激光高精度、高效率 加工的关键因素。
相干性的应用
利用激光的相干性，可以实现干涉测量、光学通信、全息成像等技 术。
激光的偏振性
偏振性的定义
偏振性是指光波的电矢量或磁矢 量在传播方向上的振动特性。在 激光中，偏振态是指光波电矢量
光子晶体与光子集成电路
光子晶体是指具有光子带隙的人工微结构材料，能够控制光子在特定频率范围内 的传播。光子集成电路则是指将光子器件集成在一块芯片上，实现光子器件之间 的相互作用和光子信号的处理。
光动力治疗
利用特定波长的激光激活 光敏剂，产生光化学反应 ，杀伤病变细胞，常用于 治疗肿瘤等疾病。
激光美容
利用激光的能量对皮肤进 行美白、祛斑、除皱等治 疗，具有无创、无痛、无 副作用等优点。
激光雷达
激光雷达测距
利用激光对目标进行测距，具有精度 高、响应速度快等优点，常用于地形 测绘、无人驾驶等领域。
光器。
激光器的性能参数
输出功率
表示激光器的输出能量，单位 为瓦特。
光束质量
表示激光束的发散角、光束直 径和光束质量因子等参数。
波长与光谱宽度
表示激光的频率范围和光谱宽 度。
稳定性与可靠性
表示激光器的稳定性和可靠性 ，包括温度稳定性、寿命和故
障率等参数。
03 激光技术的基本特性
激光的相干性
相干性定义
相干性描述了光波之间的相互影响和关联程度。在激光中，相干性 是指光波在时间和空间上的有序性和规则性。
相干性的重要性
相干性决定了激光的干涉和衍射现象，是实现激光高精度、高效率 加工的关键因素。
相干性的应用
利用激光的相干性，可以实现干涉测量、光学通信、全息成像等技 术。
激光的偏振性
偏振性的定义
偏振性是指光波的电矢量或磁矢 量在传播方向上的振动特性。在 激光中，偏振态是指光波电矢量
《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。
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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。
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稀 土 离 子 的 能 级 图
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Nd3+离子
激光阈值很低 跃迁通道多 发射截面大
2H9/2
4F5/2 4F3/2
800nm
1064nm 4I15/2
44II1113//22 4I9/2
Nd3+的能级示意图
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氟硼磷酸基质玻璃中Nd3+的光谱
Nd3+离子
容易制得大尺寸的激光棒或激光圆盘，光学质量比 较容易得到保证等；
激光玻璃的价格也比晶体等激光工作物质要便宜得 多。
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物质发光的机理
处于高激发能态的粒子，有自发地回到基态或较低能态的 趋势，在粒子由高能态自发地跃迁到低能态的过程中，将 同时发射出一个光子 (即组成光的基本单元)，其能量等于 高能态与低能态的能量之差：E光子=E高－E低。
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激光器是60年代初出现的一种新光源，它具有高亮度、 方向性和单色性等优点。
1960年第一台激光器问世后，1961年就出现了激光玻 璃。与其它激光工作物质相比，激光玻璃有其本身独 特的优点。
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1966年，E. Carnall等采用真空热压烧结技术制备了光学透明的
Dy:CaF2陶瓷，并且在液氮温度下实现了激光振荡，其激光阈值
射中心，导致光学谐振腔损耗增加，并使各模式相互耦合产生新的本征模式，从
而提高激光振荡阈值、降低斜率效率，以及增加光束的发散度。但在优质的光学 晶体中，由于缺陷浓度低，由散射引起的总吸收系数随波长的变化不明显。
1995年，激光透明陶瓷才取得突破性的进展，日本学者A. Ikesue等采用固相反应 法制备出了高质量的Nd:YAG透明陶瓷，其折射率、热导率、硬度等物理性能与 Nd:YAG单晶相似。 同时他们研制出世界上第一台Nd:YAG陶瓷激光器，用输出功率为600mW，输出 波长为808nm的LD，采用端面泵浦技术泵浦1.1at%Nd:YAG透明陶瓷，其激光阈 值仅比单晶稍高，斜率效率为28%，激光最大输出功率为70mW。随后A. Ikesue 的研究小组系统地研究了钕离子浓度对Nd:YAG透明陶瓷光学性能的影响、 Nd:YAG激光透明陶瓷中的散射中心以及Nd:YAG透明陶瓷中气孔体积对激光性能 的影响。
荧光光谱
谐振腔 示意图
激光介质
激光
全反射pp镜t课件
部分反射镜
11பைடு நூலகம்
激光器对激光玻璃的要求
激光玻璃由基质玻璃和激活离子两部分组成。 物理化学性质主要由基质玻璃决定。 光谱性质则主要由激活离子决定。 但是，基质玻璃与激活离子彼此间相互作用，所以 激活离子对激光玻璃的物理化学性质有一定的影响， 而基质玻璃对它的光谱性质的影响也相当重要。
激发态
光
光
子
子
基态
自发辐射
共振吸收
受激辐射
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发光物质的粒子数反转和受激发射
在正常情况下，粒子绝大多数都聚集在基态，只 有少数粒子处于高激发能态。使多数粒子不是聚 集在基态而是聚集在高激发能态，这种特殊状态 称为粒子数分布的反转状态。人们把处于粒子数 反转状态的工作物质的上述行为称为光的受激发 射。
与单晶相似。
1972年，R. C. Anderson等开发出了NDY (Nd doped Yttralox)陶
瓷激光器。随后的两年中，C. Greskovich等用传统的陶瓷烧结
方法制备了更高质量的NDY透明陶瓷，其激光阈值和斜率效率与
当时的钕玻璃相近。
在随后的20余年中，陶瓷激光材料并没有受到关注，因为其性能
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随后A. Ikesue的研究小组系统地研究了钕离子浓度对Nd:YAG透 明陶瓷光学性能的影响、Nd:YAG激光透明陶瓷中的散射中心以 及Nd:YAG透明陶瓷中气孔体积对激光性能的影响。 1999年，日本神岛化学公司T. Yanagitani的研究小组采用纳米技 术和真空烧结方法制备了高质量的Nd:YAG透明陶瓷，其吸收、 发射和荧光寿命等光学特性与单晶几乎一致。 2000年，神岛化学公司和日本电气通信大学的K. Ueda的研究小 组一起首次用这种方法实现了高效激光输出。
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激光器对激光玻璃的要求
激活离子的发光机构中必须有亚稳态，形成三能级或 四能级机构，并要求亚稳态有较长的寿命，使粒子数 易于积累，达到反转。
光玻璃必须有各种适当的光谱性质。
激光基质玻璃必须有照好的透明度，尤其是对激光波 长的吸收应尽可能低。
激光玻璃必须有良好的光学均匀性、热光稳定性，及 物理化学性能。
激光玻璃
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目录
激光玻璃是一种以玻璃为基质的固体 因为该样品在短波区的透过率不高
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激光玻璃是一种以玻璃为基质的固体激光材料。它广泛应用于各 类型固体激光光器中，并成为高功率和高能量激光器的主要激光材料。
激光玻璃由基质玻璃和激活离子两部分组成。激光玻璃各种物理 化学性质主要由基质玻璃决定，而它的光谱性质则主要由激活离子决 定。但是基质玻璃与激活离子彼此间互相作用，所以激活离子对激光 玻璃的物理化学性质有一定的影响，而基质玻璃对它的光谱性质的影 响有时还是相当重要的。
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光学谐振腔
在激光器中，初始的光信号来源于自发辐射，而自发辐射 的光是杂乱无章的。为了在其中进取一定传播方向和频率 的信号，使其有最优的放大作用，而把其它方向和频率的 光信号抑制住，最后获得单色性和方向性很好的激光，可 在工作物质的两端加两块相互平行的反射镜，这对反射镜 称为光学谐振腔。
基于这一技术，日本的神岛化学公司、日本电气通信大学、俄罗 斯科学院的晶体研究所等联合开发出一系列二极管泵浦的高功率 和高效率固体激光器，激光输出功率从31W提高到72W、88W和
1.46 KW
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玻璃的化学组成可以在很宽的范围内改变，因此， 可以制备出各种性质不同的激光玻璃，掺入激活离 子的种类和数量不太受限制；
不及单晶和玻璃基质材料。
在早期的Nd:YAG透明陶瓷样品中，缺陷浓度高（特别是微气
孔），在短波区有很强的散射损耗。这样也就不难理解为何
Nd:YAG透明陶瓷在激光振荡区(1064nm处)有很高的透过率，但
仍未能实现激光输出。
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因为该样品在短波区的透过率不高，光吸收系数较大，亦即存在一定浓度的光散