激光基础知识
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• 亮度 极高
– 高出太阳7-14个量 级
• 相干性 好
--
激光的单色性
激光的发光机制和 谐振腔结构
1. 粒子数反转 2. 只有特定波长满足干涉
加强条件,形成有效振荡
气体最好,固体次之, 半导体激光器最差
--
激光的方向性
• 激光与激发它的光波方向相同 • 谐振腔只准沿轴向传播的光振荡
--
激光的高亮度和强度
亮度- 单位面积单位立体角内传出去的功率
• 发光在输出端面,发光面积小 • 方向性好,即发散角小 • 发光时间短,Q-开关技术为ns级,锁模技术为ps和fs级
强度-被照射表面激光的强弱
• 可以用透镜来增大
--
激光的相干性
• 激光是同相位的光,光的相位间有一定的 规律性
• 相干的程度叫做相干性
--
激光器的基本结构
x-rays cosmic rays
UV 400 nm
Visible Light
700 nm
--
Infrared Light
Microwaves TV and radio waves
什么是激光？
--
L A S E R--
激光…
Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation
--
• 按激光的工作方式分类：
－连续激光器 (连续输出) －脉冲激光器 (连续输出时间＜0.25s)
--
激光的模式
Continuous Wave
UltraPulse
LongPulse
Power Time
Power
Power
Time
Q-Switch
Power
--
Q Switched
什么是Ｑ开关?
• 1 nanometer (nm) = 1/1,000,000,000 meter • 1000 nm = 1 micrometer (µm) = 1
“micron”
--
重要名词： – 波长、能量、时间、功率 – 连续激光、脉冲激光 – Q开关、锁膜技术
--
--
激光的单位
• 1 joule = 0.24 calorie • watt = joule ／second • Power = energy ／ second
--
波长的单位
The metric system—meter is the basic unit
• milli = one thousandth (10-3) • micro = one millionth (10-6) • nano = one billionth (10-9)
泵浦源
• • • 全反射镜
•
激光工作物质
谐振腔
半反射镜
激光
--
激光器的结构
谐振腔
激光介质
激光
全反镜
泵浦源
--
半反镜
激光的分类
按激光介质分类：
– 固体激光(Ho:YAG, Nd:YAG, Er:YAG, Alexandrite) – 半导体泵浦固体激光(泵浦源为LD)
– 气体激光(Ar+,Kr+,CO2,ExcimerLaser,He-Ne) – 液体激光(染料激光) – 半导体激光(LD，Laser Diode)
激光基础知识
--
主要内容
• 什么是激光? • 激光的发明和产生 •来自百度文库激光的物理特性 • 激光器的基本结构和分类 • 激光的生物学特性
--
光谱图
Excimer
KTP
Holmium
Nd:YAG Er:YAG
190 - 390 488 - 514
532 577-630
694 755 1064 2100 2940 10600
激光的发明及发展
• 1916年, 爱因斯坦的感应受激辐射理论 • 1950年, 光泵浦 • 1951年, 核自旋能级反转 • 1954年, MASER(微波受激辐射放大器)的发明,
使科学家将概念引到光学领域. • 1958年, H.汤斯(美)和N.G.巴索夫(俄)引入激光
(LASER)的概念 • 1960年, 第一台激光器(红宝石--掺铬氧化铝晶
• Ｑ－代表激光器共振腔的品质因子. Ｑ值越高,表示共振腔的损耗越小.
• Q开关是插入共振腔的一个开关器件.当 工作物质正被泵浦时,Q开关处于关断状 态,亚稳态聚积的粒子越来越多,直到聚积 到很高时,将Q开关打开,所有粒子一齐跃 迁到终态,产生一个巨大的光脉冲.
• 脉宽 “1—100ns”
--
什么是锁模？
• 在自由运转的激光器中, 各种模式的振荡之间 没有固定的振幅和相位, 输出是许多杂乱无章 的尖峰叠加而成, 功率是按时间统计的平均值.
• 锁模激光是迫使各种振荡模式保持固定的相位 关系, 改善激光输出的相干程度，使振荡时间 关系确定, 输出超短脉冲.
• 脉宽<100ps，数十微微秒以下而峰值功率极高 的极窄脉冲
体)问世(美国休斯公司,T.H.Maiman博士研制 成功)
--
• 1962年,He-Ne激光器（632.8nm) • 1964年,CO2激光器(10.6μm) • 1970年准分子激光器(Xe176nm)
--
激光的物理特性
• 单色性 好
– 谱线宽度<几个nm
• 方向性 强
– <几个毫弧度立体角
– 高出太阳7-14个量 级
• 相干性 好
--
激光的单色性
激光的发光机制和 谐振腔结构
1. 粒子数反转 2. 只有特定波长满足干涉
加强条件,形成有效振荡
气体最好,固体次之, 半导体激光器最差
--
激光的方向性
• 激光与激发它的光波方向相同 • 谐振腔只准沿轴向传播的光振荡
--
激光的高亮度和强度
亮度- 单位面积单位立体角内传出去的功率
• 发光在输出端面,发光面积小 • 方向性好,即发散角小 • 发光时间短,Q-开关技术为ns级,锁模技术为ps和fs级
强度-被照射表面激光的强弱
• 可以用透镜来增大
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激光的相干性
• 激光是同相位的光,光的相位间有一定的 规律性
• 相干的程度叫做相干性
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激光器的基本结构
x-rays cosmic rays
UV 400 nm
Visible Light
700 nm
--
Infrared Light
Microwaves TV and radio waves
什么是激光？
--
L A S E R--
激光…
Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation
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• 按激光的工作方式分类：
－连续激光器 (连续输出) －脉冲激光器 (连续输出时间＜0.25s)
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激光的模式
Continuous Wave
UltraPulse
LongPulse
Power Time
Power
Power
Time
Q-Switch
Power
--
Q Switched
什么是Ｑ开关?
• 1 nanometer (nm) = 1/1,000,000,000 meter • 1000 nm = 1 micrometer (µm) = 1
“micron”
--
重要名词： – 波长、能量、时间、功率 – 连续激光、脉冲激光 – Q开关、锁膜技术
--
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激光的单位
• 1 joule = 0.24 calorie • watt = joule ／second • Power = energy ／ second
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波长的单位
The metric system—meter is the basic unit
• milli = one thousandth (10-3) • micro = one millionth (10-6) • nano = one billionth (10-9)
泵浦源
• • • 全反射镜
•
激光工作物质
谐振腔
半反射镜
激光
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激光器的结构
谐振腔
激光介质
激光
全反镜
泵浦源
--
半反镜
激光的分类
按激光介质分类：
– 固体激光(Ho:YAG, Nd:YAG, Er:YAG, Alexandrite) – 半导体泵浦固体激光(泵浦源为LD)
– 气体激光(Ar+,Kr+,CO2,ExcimerLaser,He-Ne) – 液体激光(染料激光) – 半导体激光(LD，Laser Diode)
激光基础知识
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主要内容
• 什么是激光? • 激光的发明和产生 •来自百度文库激光的物理特性 • 激光器的基本结构和分类 • 激光的生物学特性
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光谱图
Excimer
KTP
Holmium
Nd:YAG Er:YAG
190 - 390 488 - 514
532 577-630
694 755 1064 2100 2940 10600
激光的发明及发展
• 1916年, 爱因斯坦的感应受激辐射理论 • 1950年, 光泵浦 • 1951年, 核自旋能级反转 • 1954年, MASER(微波受激辐射放大器)的发明,
使科学家将概念引到光学领域. • 1958年, H.汤斯(美)和N.G.巴索夫(俄)引入激光
(LASER)的概念 • 1960年, 第一台激光器(红宝石--掺铬氧化铝晶
• Ｑ－代表激光器共振腔的品质因子. Ｑ值越高,表示共振腔的损耗越小.
• Q开关是插入共振腔的一个开关器件.当 工作物质正被泵浦时,Q开关处于关断状 态,亚稳态聚积的粒子越来越多,直到聚积 到很高时,将Q开关打开,所有粒子一齐跃 迁到终态,产生一个巨大的光脉冲.
• 脉宽 “1—100ns”
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什么是锁模？
• 在自由运转的激光器中, 各种模式的振荡之间 没有固定的振幅和相位, 输出是许多杂乱无章 的尖峰叠加而成, 功率是按时间统计的平均值.
• 锁模激光是迫使各种振荡模式保持固定的相位 关系, 改善激光输出的相干程度，使振荡时间 关系确定, 输出超短脉冲.
• 脉宽<100ps，数十微微秒以下而峰值功率极高 的极窄脉冲
体)问世(美国休斯公司,T.H.Maiman博士研制 成功)
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• 1962年,He-Ne激光器（632.8nm) • 1964年,CO2激光器(10.6μm) • 1970年准分子激光器(Xe176nm)
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激光的物理特性
• 单色性 好
– 谱线宽度<几个nm
• 方向性 强
– <几个毫弧度立体角