激光原理及应用 - 激光核聚变
激光的原理和应用
激光的原理和应用一、激光的原理激光是一种高度聚集、高度一致的光束，具有独特的特性和广泛的应用。
激光产生的过程基于激光的原理，主要包括以下几个方面：1.激发物质：激光的产生需要一个激发物质。
激发物质可以是固体、液体或气体。
常见的激发物质包括半导体、晶体、染料和气体等。
2.受激发射：激光的产生是通过受激辐射过程实现的。
这个过程中，一个已经被激发的原子或分子会被入射的光激发到高能级，然后在退激时放出一个光子，与入射光子具有相同的波长、相位和方向。
3.光反射和放大：为了产生激光束，需要将受激发射的光经过多次反射从而形成光增强的环境，也就是光学谐振腔。
当光在谐振腔中来回反射时，会与激发物质不断发生受激辐射和增强，最终形成一个具有高度一致性和聚焦性的激光束。
4.窄带宽控制：激光的特点之一是具有非常窄的光谱带宽。
这是因为在激光器中，只有与谐振模一致的波长的光才会被放大，其他波长的光则会被抑制。
二、激光的应用激光的独特特性使其在多个领域中得到了广泛应用，下面列举了一些主要的应用领域：1.医疗：–激光手术：激光器可以在医疗手术中用于切割、烧灼或凝固组织。
由于激光具有高聚焦性和非接触性的特点，可以在手术过程中减少创伤和出血，提高手术精确度。
–激光治疗：激光器还可以用于治疗多种疾病，例如视网膜疾病、皮肤病、心脏病等。
激光器可以精确地照射到患处，实现精准治疗。
2.通信：–光纤通信：激光器是现代光纤通信系统中的重要组成部分。
激光器将电信号转换为光信号，通过光纤传输，实现了高速、远距离的通信。
激光器的高度一致性和窄带宽控制使其成为传输质量高的核心设备之一。
3.科学研究：–光谱分析：激光的窄带宽和高亮度使其成为光谱分析的理想工具。
激光可以用于原子吸收光谱、拉曼光谱、荧光光谱等分析方法，提供了更准确和详细的分析结果。
–光学显微镜：激光器的高聚焦性和高亮度使其成为高分辨率显微镜的重要源。
激光束可以用于激发荧光标记，提供更清晰和详细的样本图像。
激光的发明与应用
激光的发明与应用激光是在1960年正式问世的。
但是，激光的历史却已有100多年。
确切地说，远在1893年，波尔多中学物理教师布卢什就已经指出，两面靠近和平行镜子之间反射的黄钠光线随着两面镜子之间距离的变化而变化。
他虽然不能解释这一点，但为未来发明激光发现了一个极为重要的现象。
1917年爱因斯坦提出“受激辐射”的概念，奠定了激光的理论基础。
1958年美国科学家肖洛和汤斯发现了一种奇怪的现象：当他们将闪光灯泡所发射的光照在一种稀土晶体上时，晶体的分子会发出鲜艳的、始终会聚在一起的强光：由此他们提出了“激光原理”，受激辐射可以得到一种单色性、亮度又很高的新型光源。
1958年，贝尔实验室的汤斯和肖洛发表了关于激光器的经典论文，奠定了激光发展的基础。
1960年，美国人梅曼发明了世界上第一台红宝石激光器。
梅曼利用红宝石晶体做发光材料，用发光度很高的脉冲氙灯做激发光源，获得了人类有史以来的第一束激光。
1965年，第一台可产生大功率激光的器件——二氧化碳激光器诞生。
1967年，第一台X射线激光器研制成功。
1997年，美国麻省理工学院的研究人员研制出第一台原子激光器。
激光的出现带动了多学科的发展，如量子光学、量子电子学、激光光谱学、非线性光学、集成光学、海洋光学等等。
这里我们只列举一些与日常生活相关的激光应用科学的发展。
激光光盘制作技术1877年世界上第一台留声机在爱迪生的手上诞生了!它是声像技术发展的开端。
而1972年荷兰菲利浦公司研制出用激光器录音的彩色电视录像盘。
这就是现代激光光盘的诞生!激光光盘的诞生，激光在音响设备上的应用，是音响上的一次革命。
人们利用激光，以“光针”代替钢针、宝石针，制成激光唱片。
激光唱片不仅能够录音，而且能够录像。
激光唱片用来记录、存储声音和图像，可以说，这是声像技术上的一次革命，一个伟大的创举。
1983年，美国和日本分别研制成崭新的数字录音唱片。
这种唱片完全摆脱了传统唱片的制作和重播方式，为唱片开辟了一个全新的境界。
2024年度激光原理及应用PPT课件
激光的相干性比普通光 强很多，可用于精密测 量和全息照相等领域。
激光器组成及工作原理
激光器组成
激光器一般由工作物质、激励源和光学谐振腔三部分组成。
2024/3/24
工作原理
在激励源的作用下，工作物质中的电子被激发到高能级，形 成粒子数反转分布。当这些电子从高能级跃迁到低能级时， 会辐射出与激励源频率相同的光子，并在光学谐振腔内得到 放大和反馈，最终形成稳定的激光输出。
激光雷达
测距、成像、识别等多元化应 用
激光显示
高清晰度、大色域、节能环保
激光制造
高精度、高效率、无接触加工
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激光器类型及其特
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点分析
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固体激光器
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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。
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根据实际需要，还可选择佩戴耳塞、手套 等个人防护装备，以降低激光对其他部位 的危害。
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未来发展趋势预测
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与挑战分析
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新型激光器研发方向探讨
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新型材料激光器
探索新型增益介质，如量子点、二维材料等，提高激光器的性能 。
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。
1960年，美国物理学家 梅曼制造出第一台红宝 石激光器
现代激光技术突破与创新
光纤激光器
高功率、高效率、光束质量好
量子级联激光器
覆盖中红外到太赫兹波段
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激光原理与应用教案
激光原理与应⽤教案激光原理与应⽤教案⼀. 绪论本节课教学⽬标：让学⽣了解激光的历史，激光形成及发展、理论体系的形成。
让学⽣了解激光科学的分⽀及激光在军事、信息技术、医疗等⽅⾯的应⽤；本节课教学内容：1．激光的概念：激光——利⽤受激辐射的光放⼤。
LASER——Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation2．激光的发现：最早在1917年——Einstein⾸次预⾔受激辐射激光，历史上⾸先在微波波段实现量⼦放⼤（1953），1954年——C. H. Townes, I. P. Gorden, H. J. Zeiger 使⽤NH3分⼦射束实现Maser向更短波长进发——ammonia beam maser，1958年——A. L. Schawlow, C. H. Townes, A. M. PoxopoB提出将Maser原理推⼴到光波段——laser，1960年——T. H. Maiman of Bell Lab 红宝⽯⾸次实现laser l=6943? 红光（早期的名称：莱塞、光量⼦振荡器、光激射器受激光，“激光”——钱学森在1963年提出。
61年中国（亚洲）第⼀台激光器诞⽣在长春（长春光机所和光机学院），由王之江院⼠发明。
激光科学技术发展的基础学科——光谱学，物理光学，固体物理，物质结构，⽆线电电⼦学。
推动⼒——⼴阔的应⽤领域：核聚变，加⼯，热处理，通讯，测距，计量，医疗可调谐性和超短脉冲——⾼时间、空间分辨、能量分辨。
3．激光与普通光源的区别？（1）良好的单⾊性。
单⾊性指光源发射的光波长范围很⼩，测距。
（2）良好的⽅向性。
激光的光束⼏乎只沿着⼀个⽅向传输。
测距，通信。
（3）⾼亮度。
激光功率集中在极⼩的空间范围内。
切割，⼿术，军事。
（4）极好的相⼲性。
各列波在很长的时间内存在恒定的相位差。
精确测距。
4．激光的应⽤。
（1）信息科学领域。
激光原理及在生活中的应用
激光原理及在生活中的应用激光的英文名是laster，是”Light amplification by stimulated emission of radiation”的缩写，意为“受激辐射式光频放大”。
激光的三个基本组成为：泵浦源.谐振腔.增益媒质，世界上第一台激光器是美国科学家梅曼于1960年研制成功的。
激光是通过原子受激辐射发光和共振放大形成的。
原子具有一些不连续分布的能电子，这些能电子在最靠原子核的轨道上转动时稳定的，这时原子所处的能级为基态。
当有外界能量传入，则电子运行轨道半径扩大，原子内能增加，被激发到能量更高能级，这时称之为激发态或高能态。
被激发到高能态的原子是不稳定的，总是力图回到低能级去，原子从高能级到低能级的过程成为跃迁。
原子在跃迁时其能量差以光的形式辐射出来，这就是原子发光，又称荧光。
如果在原子跃迁时受到外来光子的诱发，原子就会发射一个与入射光子的频率.相位.传播方向.偏振方向完全相同的光子，这就是受激辐射的光。
原子被激发到高能级后会很快跃迁回低能级，它停在高能级的时间称为原子在该能级的平均寿命。
原子在外来能量的激发下，使处在高能级的原子数大于低能级的原子数，这种状态称为粒子数反转。
这是，在外来光子的刺激下产生受激辐射发光，这些光子光学谐振腔的作用产生放大，受激辐射越来越强，光束密度不断增大，形成了激光。
激光与其他光相比，具有以下的特点：高亮度，高方向性，高单色性和高干涉性。
这些特点使激光得到了广泛的应用，激光在材料加工中的应用就是其应用的一个重要领域。
由于这四大特性，因此，就给激光加工带来了如下传统加工所不具备的优势，由于是无接触加工，并且激光束的能量及移动速度均可调，因此可以实现多种加工。
还可用来加工多种金属.非金属，特别是可以加工高硬度.高脆性及高熔点的材料。
激光加工过程中无刀具磨损，无切削力作用于工件，加工的工件热影响区小，工件热变形小，后续加工量小。
激光可通过透明介质对密闭容器内的工件进行各种加工。
激光的原理及应用参考文献
激光的原理及应用参考文献原理1.概述：激光是一种通过受激辐射产生的具有高度聚焦、高亮度和单色性的光。
2.受激辐射：当被称为激活物的原子或分子受到外界能量的激发时，它们会从低能级跃迁到高能级，然后通过受到其他原子或分子的碰撞而发射出与其激发能级相对应的光子。
这种受激发射的光子会引起其他原子或分子的跃迁，从而产生连锁效应，形成激光光束。
3.产生单色性：激光是单色的，因为激光的光子具有相同的频率和相位。
这是通过选择合适的激活物和设置合适的谐振腔使得只有特定频率的光被放大和放射出来。
4.聚焦性能：激光具有高度聚焦的能力，这是因为激发绝热性和非线性光学效应导致激光光束在经过透镜时能够聚焦到很小的光斑上。
应用1.激光切割：激光切割是激光技术的重要应用之一。
它可以通过激光的高能量密度和精确控制的热作用来切割各种材料，如金属、塑料和纺织品等。
2.激光打印：激光打印是一种无接触的印刷技术。
它使用激光束对印刷介质进行高能量的热作用，从而在介质上形成图案和文字。
3.激光医疗：激光在医疗领域有着广泛的应用。
它可以用于激光手术、激光治疗和激光诊断等方面。
激光手术可以精确地切割和焊接组织，激光治疗可以用于各种疾病的治疗，激光诊断可以用于观察和测量生物组织的特性。
4.激光通信：激光通信利用激光光束传输信息。
由于激光具有高度聚焦和窄束宽的特点，激光通信在传输容量大、传输距离远的情况下具有优势。
5.激光雷达：激光雷达使用激光脉冲来测量目标物体的距离和速度。
与传统的雷达相比，激光雷达具有更高的分辨率和更精确的测量结果。
参考文献1.Mourou, G. (2017). 100 GW，1 Hz，3 ps – is PW even the limit?. Journal of Physics B: Atomic, Molecular and Optical Physics, 50(13), 132003.2.Svelto, O. (2010). Principles of Lasers. Springer.3.Saleh, B., & Teich, M. (2007). Fundamentals of Photonics. Wiley-Interscience.mb, W. E. (1964). Laser physics. Reviews of Modern Physics, 36(4), 450.5.Dhillon, S. S., & Taday, P. F. (2009). Terahertz spectroscopy and imaging: Modern techniques and applications. Reports on Progress in Physics,70(10), 1607.。
激光的物理原理及应用
激光的物理原理及应用一、激光的物理原理激光是一种特殊的光，具有高度的单色性、高度的定向性和高度的相干性。
它与普通光相比具有明显的差别，这些差别源于激光的物理原理。
1. 激发过程激光的产生是通过能传递电磁辐射的粒子或电磁波作用于物质的原子或分子上。
激光的产生主要是通过激发过程完成的，即外界能量的输入使原子或分子跃迁到一个能量较高的能级，然后返回到基态时产生辐射。
2. 反射和共振激光能产生高度的定向性和相干性，主要得益于激光的反射和共振效应。
在激光器中，光线被分别反射和放大，使得光线仅在特定方向上被放大，并且具有相同的频率和相位。
二、激光的应用激光作为一种特殊的光，具有各种各样的应用。
以下是一些常见的激光应用：1. 切割与焊接激光切割和焊接广泛应用于金属材料的加工领域。
激光切割通过高能量激光束将材料焦化和蒸发，从而实现高精度的材料切割。
激光焊接则利用高能量激光束将两个或多个材料的接触面加热到融化点，从而实现材料的连结。
2. 医疗美容激光在医疗美容领域有着广泛的应用。
激光可以用于皮肤去除、刺青去除、毛发去除等。
激光在医疗美容中的应用由于其高度的定向性和高度的单色性，可以精确地作用于皮肤组织，从而实现更精细的治疗效果。
3. 印刷与制图激光打印技术已经成为现代印刷行业的重要组成部分。
激光打印通过激光束照射感光鼓，使得鼓表面的电荷分布发生变化，从而实现对纸张的印刷。
激光打印具有高速、高精度和高分辨率的特点，在印刷行业中得到了广泛的应用。
4. 雷射测距激光测距是一种常见的测距技术，广泛应用于测绘、建筑和工程等领域。
激光测距利用激光束的光程差原理，通过发射激光束到目标并接收回波的时间差来计算目标距离。
5. 光纤通信激光在光纤通信中也起到了关键作用。
通过将光信号转换为脉冲激光信号，可以在光纤中传输远距离的信号。
激光的高度的定向性和相干性使得光信号能够在光纤中保持较小的损耗和失真。
结论激光的物理原理和应用非常广泛，不仅在科学研究中有重要地位，也在各个领域得到了广泛的应用。
激光的原理和应用
激光的原理和应用激光，全称为光子激发放射。
它是由震荡原子发出的强光束，具有高亮度、单色性和方向性，广泛应用于医疗、通信、工业、科学研究等领域。
激光作为一种新兴的光源，其原理和应用非常值得关注。
一、激光的原理激光的产生是利用原子、分子或离子等粒子在外界刺激下产生电子从低能量级跃迁到高能量级，然后再自发辐射出同一频率和相位的光，最后形成强、单色、准相干、方向性好的激光束。
激光的原理主要包括三种：受激辐射、光学共振腔原理和增益介质。
其中，受激辐射原理是指在外界光的刺激下，具有一定能量的电子从低能量级跃迁到高能量级，同时放出一个与外界光频率、同相位，且能量和方向相同的光子。
光学共振腔原理则是利用两面反射镜将介质中的激光束反复反射，使光子增多，从而放大了激光束的强度。
增益介质是激光发射过程中具有产生激光所必需的放大介质，它能够将吸收的能量转化为激光能量，从而提高激光功率和稳定性。
二、激光的应用激光作为一种新兴的光源，应用范围非常广泛，下面介绍几个典型的激光应用领域：1、医学领域激光在医学领域的应用主要是通过激光束去照射人体的组织或器官，实现医疗治疗的效果。
例如，激光手术是一种高科技医疗手段，可以在减轻病人痛苦的同时提高手术的精度和效果。
其他如激光治疗近视、皮肤光纤激光剥脱术、激光疤痕修复等，也成为了常见的激光医疗领域应用。
2、工业领域激光在工业领域的应用非常广泛，例如激光切割、激光打标、激光焊接等。
激光切割技术是将激光束照射到金属板上进行切割，提高了切割的精度和效率，同时还可应用于各种形状和尺寸的材料切割。
激光打标则是用激光束对物体进行标记，可以应用在各种材料上，加工效果好，标记质量高。
3、通信领域激光在通信领域的应用主要是光纤通信。
光纤通信是一种利用激光发射器将光信号传输到纤维内，然后通过纤维将光信号传输到目标点的通信方式，与普通的电信传输方式相比，光纤通信传输的速度快、损耗低、带宽高、安全可靠。
总之，激光的原理和应用是现代科技中的必备知识，在不同领域的应用中，能够为我们带来前所未有的便利和进步。
激光原理及应用
12.3激光对物质的 加热与蒸发
12.4激光诱导 化学过程
习题与思考题 十二
12.1.1激光在物质中的传播和吸收 12.1.2激光的散射
12.2.1倍频光的产生 12.2.2相位匹配
12.3.1激光热蒸发 12.3.2光化学效应激光蒸发
12.4.1激光切断分子 12.4.2激光引起的多光子吸收 12.4.3液体、固体的光化学反应
1
7.1模式选择
2
7.2稳频技术
3
7.3调Q技术
4
7.4超短脉冲 技术
5
7.5激光调制 技术
7.7光电器件设计 及参数选用原则
7.6激光偏转技术
习题与思考题七
7.1.1横模选择 7.1.2纵模选择
7.2.1频率的稳定性 7.2.2稳频方法
7.3.1调Q激光器工作原理 7.3.2Q调制方法 7.3.3调Q激光器基本理论
而激光是通过受激辐射过程形成的，其中每个光子的运动状态（频率、相位、偏振态、传播方向）都相同， 因而是最好的相干光源。激光是一种相干光，这是激光与普通光源最重要的区别。
谐振腔对光振荡方向的限制，激光只有沿腔轴方向受激辐射才能振荡放大，所以，激光束具有很高的方向性。 激光所能达到的最小光束发散角要受到衍射效应的限制，即它不能小于激光通过输出孔径时的衍射角，通常称为 衍射极限θm。
10.2.1半导体光放大器 10.2.2光纤放大器 10.2.3半导体光放大器和光纤放大器的比较
10.3.1掺杂光纤激光器 10.3.2其他类型的光பைடு நூலகம்激光器
10.4.1光子晶体 10.4.2光子晶体激光器 10.4.3光子晶体激光器的应用前景
10.5.1无线激光通信 10.5.2用于无线激光通信的激光器
激光的工作原理及应用
激光的工作原理及应用1. 激光的工作原理激光（laser）是一种特殊的光源，具有高亮度、自聚焦、单色性和相干性等特点，广泛应用于科学研究、医学、通信、制造业等领域。
激光的产生基于激发粒子之间的能级跃迁，通过受激辐射放大产生高度单色和相干的光束。
以下是激光的工作原理的详细说明：1.1 光激发：激光的产生需要一个能给光子提供能量的光激发源，包括电子束激发、光束激发和化学激发等。
其中，电子束激发是目前应用最广泛的激发方式。
1.2 能级跃迁：光激发后，光子与外层电子发生碰撞，使电子跃迁到能级较高的状态。
此时，只有两个能级之间的跃迁才能产生激光。
1.3 受激辐射：当一个已激发的电子回到较低的能级时，会释放出一个与入射光子相同频率和相位的光子，这就是受激辐射。
受激辐射产生的光子与入射光子具有相同频率、相同方向和相干性。
同时，较低能级的粒子会受到激发自发辐射的影响，维持产生的光子数目。
1.4 驻波放大：光子经过反射镜的反射，形成来回传播的光束，与受激辐射的光子相叠加后得到放大。
这种来回传播且同时放大的光束就是激光。
2. 激光的应用激光由于其高度单色性、高亮度和自聚焦等特点，在许多领域有着广泛的应用。
以下是激光的主要应用领域：2.1 科学研究•光谱学研究：激光可用于分析物质的成分，用于化学、物理、生物学等领域的研究。
•材料科学：激光可以用于材料加工、表面改性和光学薄膜制备等方面的研究。
•原子与分子物理：激光可用于原子和分子的精细操控和精确测量。
2.2 医学应用•激光手术：激光刀可以实现非接触性的手术操作，减少创伤和出血。
•激光治疗：激光可以用于皮肤治疗、眼部治疗和牙科治疗等。
•医学影像：激光可以用于医学成像，如激光超声成像和激光扫描成像等。
2.3 通信与信息技术•光纤通信：激光作为光源广泛应用于光纤通信中，实现高速和远距离的信息传输。
•激光打印：激光技术广泛应用于打印行业，提供高分辨率和高速度的打印效果。
•光盘存储：激光可以读取和写入光盘上的信息，广泛应用于光盘存储技术。
激光核聚变drc
美国国家点火装置实验室的俯视图
美国人造小太阳耗资12亿美元，是世界上最大的 激光点火装置，整个激光装置的大厅有215米长， 120米宽，每次激光脉冲持续时间大约为十亿分之一 秒，最大输出能量为 1800千焦，其瞬间最大输出功 率为54000亿千瓦，是美国所有电厂输出功率的500 倍。如此大功率的激光装置完全能点燃人造小太阳。
2、核聚变产生的条件
● 核聚变燃料氘、氚 ● 临界条件高压、高温
3、激光诱导核聚变
激光核聚变就是利用激光照射核燃料使 之发生核聚变反应。
我国独立研制的核聚变装置
核聚变反应示意图
二 激光核聚变的发展现状
1、国外激光核聚变的发展现状
● 在激光核聚变研究领域，美国无疑居 于领先地位。美国不仅拥有 “诺瓦”激光器、 世界上功率最大的 X射线模拟器，而且， 早1998年，美国能源部就开始在劳伦斯利 弗莫尔国家实验室启动“国家点火装置工 程”。
目
录
一 激光核聚变的原理
1、激光的性质 2、核聚变产生的条件 3、激光诱导核聚变
二 激光核聚变的发展现状
1、国外激光核聚变的发展现状 2、中国激光核聚变的发展现状
三 激光核聚变的意义
1、民用激光核聚变 2、科研激光核聚变 3、军用激光核聚变
一 激光核聚变的原理
1、激光的性质
● 空间相干性和方向性 ● 时间相干性和单色性 ● 激光的高亮度
2、科研激光核聚变 ● 实验室模拟聚变反应过程，研究许多 极端条件物理问题。 科学家可以用它模拟核爆 ； 科学家可模拟超新星、黑洞边界、恒星 和巨大行星内核的环境，将为科学界提供大 量之前无法获取的数据；
3、军用激光核聚变 ● 激光核聚变在军事上的重要用途之一 是发展新型核武器，特别是研制新型氢弹。
激光原理技术及应用论文
激光原理技术及应用论文学院：机电学院姓名：xxx班级：测控1212学号：090030127激光原理技术及应用论文关键词：激光技术应用原理摘要：现代激光技术发展迅速，在医学、军事、国防及其他方面都有了显著的应用。
激光的最初中文名叫做“镭射”、“莱塞”，是它的英文名称LASER 的音译，是取自英文Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation的各单词的头一个字母组成的缩写词。
意思是“受激辐射的光放大”。
什么叫做“受激辐射”？它基于伟大的科学家爱因斯坦在1916年提出了的一套全新的理论。
这一理论是说在组成物质的原子中，有不同数量的粒子（电子）分布在不同的能级上，在高能级上的粒子受到某种光子的激发，会从高能级跳到（跃迁）到低能级上，这时将会辐射出与激发它的光相同性质的光，而且在某种状态下，能出现一个弱光激发出一个强光的现象。
这就叫做“受激辐射的光放大”，简称激光。
激光主要有四大特性：激光高亮度、高方向性、高单色性和高相干性。
激光的高亮度：固体激光器的亮度更可高达1011W／cm2Sr。
不仅如此，具有高亮度的激光束经透镜聚焦后，能在焦点附近产生数千度乃至上万度的高温，这就使其可能可加工几乎所有的材料。
激光的高方向性：激光的高方向性使其能在有效地传递较长的距离的同时，还能保证聚焦得到极高的功率密度，这两点都是激光加工的重要条件。
激光的高单色性：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。
激光的高相干性：相干性主要描述光波各个部分的相位关系。
正是激光具有如上所述的奇异特性因此在工业加工中得到了广泛地应用。
目前激光已广泛应用到激光焊接、激光切割、激光打孔（包括斜孔、异孔、膏药打孔、水松纸打孔、钢板打孔、包装印刷打孔等）、激光淬火、激光热处理、激光打标、玻璃内雕、激光微调、激光光刻、激光制膜、激光薄膜加工、激光封装、激光修复电路、激光布线技术、激光清洗等。
激光原理及其应用简介
激光原理及其应用简介内容摘要继原子能、计算机、半导体之后，激光是上世纪人类的又一重大发明。
早在1917年，著名物理学家爱因斯坦就发现了激光的原理，但直到1958年，激光才被首次成功制造。
它一问世，即获得超乎寻常的飞快发展，不仅使古老的光学及其技术焕发青春，也生发了许多新兴的学科。
激光正以特殊的方式深刻影响着人们生活。
本文描述了激光的基本原理和特性，并在此基础上简单地介绍了激光技术在工业、信息、军事等几个领域内的重要应用及发展前景。
关键词：激光受激辐射粒子数反转相干性一、激光发展史激光技术的启蒙研究发展就完全印证了上面的话。
最早对激光做出理论研究的人是爱因斯坦，1916年爱因斯坦提出受激辐射的概念，即处于高能级的原子受外来光子作用，当外来光子的频率与其跃迁频率恰好一致时，原子就会从高能级跃迁到低能级，并发射与外来光子完全相同的另一光子，新发出的光子不仅在频率方面与外来光子相一致，而且在发射方向、偏振态以及位相等方面均与外来光子相一致，因此，受激辐射具有相干性；在发生受激辐射时，一个光子变成了两个光子，利用这个特点，可实现光放大，并且能够得到自然条件下得不到的相干光。
受激辐射提出后，陆续有科学家进行研究。
如1916-1930年间拉登堡及其合作者对氖的色散的研究并于1933年绘制出色散系数随放电带电流密度变化的曲线。
1940年法布里坎特首先注意到了负吸收现象。
这一阶段发展并不迅速。
到了第二次世界大战之后，1947年兰姆和雷瑟夫指出通过粒子数反转可以受激辐射，从此激光理论的研究开始突破。
1952年帕塞尔及其合作者实现了粒子数反转，观察到了负吸收现象。
第二年，韦伯产生了利用受激辐射诱发原子或分子，从而放大电磁波的思想，进而提出了微波辐射器的原理。
1957年斯科威尔实现了固体顺磁微波激射器。
既然微波可以激发受激辐射，那么红外乃至可见光等也应该可以。
1958年汤斯和肖洛发表了著名的“红外与光学激射器”一文，1959年汤斯提出了建造红宝石激光器的建议。
激光原理及多领域应用
激光原理及多领域应用激光（Laser）是一种特殊类型的光，它的强度、方向性和单色性远超普通光源。
激光光束是由一束高度聚焦的光所组成，其产生的原理基于受激辐射。
激光技术自20世纪中叶被发明以来，以其高度单色性、高亮度、高能量密度和高速调制等特点，在各个领域都得到广泛应用。
本文将介绍激光的基本原理，并探讨激光技术在多领域的应用。
激光的基本原理来源于爱因斯坦于1917年提出的光在外界激发下受激辐射的理论。
激光的产生需要三个基本要素：增益介质、能源供应和光学反馈。
增益介质可以是固体、液体、气体或半导体等，其中含有受激辐射所需的能级结构。
能源的供应可以是电能、光能、化学能或核能等。
光学反馈通过光学谐振腔或布拉格光栅等结构来提供反馈，使得在增益介质中受激辐射放大的光能得到放大，在狭缝出射口形成激光光束。
激光光束具有三个显著的特点。
首先，激光光束是高度单色的，也就是说它只包含非常窄的频率或波长范围内的光。
这种单色性使得激光在光谱分析、光学测量和光通信等领域有着重要的应用。
其次，激光光束是高度聚焦的，并且能够在长距离传输而不会发散。
这种方向性使得激光在雷达、太空通信和激光导航等领域有着重要的应用。
最后，激光光束具有高能量密度，使得它在材料处理、激光照射和激光医疗等领域具有广泛的应用。
激光技术在多领域中都得到了广泛的应用。
下面将介绍几个重要的领域。
首先是激光在医疗领域的应用。
激光技术在医学中被广泛应用于手术、治疗和诊断等方面。
激光刀作为一种无接触式手术工具，具有创伤小、出血少和恢复迅速的优势，已成为眼科、皮肤整形、癌症治疗等领域的常用工具。
激光扫描显微镜通过扫描活体样本表面的激光光束，可以获得高清晰度、高对比度的三维图像，为疾病的早期检测和诊断提供重要依据。
此外，激光技术还用于激光治疗、激光血小板杀死、激光热疗等领域，为医学领域提供了许多重要的工具和方法。
其次是激光在通信和信息技术领域的应用。
激光通信作为一种高速、高带宽的通信方式，正逐渐取代传统的光纤通信。
简述激光发射的原理及应用
简述激光发射的原理及应用激光发射的原理激光是一种特殊的光，具有高度的同一性、高亮度和高直透性。
激光发射的原理是基于受激辐射的过程。
当原子、分子或离子处在一个高度激发的能级上时，当有一个外界的激发源刺激时，这些处于激发状态的粒子会发射出与激发源相同频率、相位和方向的光子，从而形成了激光。
基本原理1.受激辐射：激发源的能量激发处于激发态的粒子，使其通过受激辐射发射同相、同频、同向的激光光子。
2.光增强：光子通过光增强介质，如半导体、激光晶体等，产生反射、透射、演色等光学效应，使光增加能量和放大强度。
3.反射：激光通过反射镜反复多次来回传播，使光线在介质中进行反射，从而形成激光束。
4.腔体：激光在腔体中来回传播，反射次数达到一定数量级后，激光会渐渐增强，形成激光束。
激光发射的应用激光发射作为一种高度聚焦、强度高、波长可调、能量密度大的光源，被广泛应用在各个领域。
医学1.激光手术：激光可用于进行切割、焊接、熔化和蒸发等操作，广泛应用于眼科、皮肤美容、牙科等领域。
2.激光治疗：激光可用于治疗肿瘤、减轻疼痛、修复神经系统等方面。
工业1.切割与焊接：激光切割与焊接技术可以应用于金属、塑料、陶瓷等材料的切割与焊接，精度高效率高。
2.激光打标：激光打标技术可以将图案、文字等永久记录在物体上，长时间耐久。
通信1.光纤通信：激光作为光纤通信的基础，通过激光的调制与解调，实现了高速、大容量的信息传输。
2.光存储技术：激光作为光存储的基础，可实现高密度、高速度的数据存储与传输。
科研1.基础研究：激光作为一种高度纯净的光源，可以用于原子物理、分子物理、物质结构等基础研究领域。
2.光谱分析：激光可以作为光源进行光谱分析，用于研究物质的组成、结构和性质。
军事1.武器系统：激光器可以作为军事武器系统的重要组成部分，如激光制导导弹、激光雷达等。
2.侦察与通信：激光作为军事侦察与通信的手段，可以实现远距离的目标侦察和信息传输。
总结激光发射的原理基于受激辐射的过程，通过光增强、反射和腔体等步骤，形成了高亮度的激光束。
激光原理及应用的答案
激光原理及应用的答案1. 激光原理激光是指通过激活原子、分子或离子的能级从而形成一种具有高强度、高单色性和高相干性的电磁辐射的过程。
激光的产生基于以下几个原理：•受激辐射：当一个物质中某个能级的粒子被外界的激发所占据时，如果有一个辐射场作用于这些粒子，它们就可能跳到较低能级，从而向辐射场辐射出一个与外界辐射场的频率和相位相同的光子，这就是受激辐射。
•斯托克斯辐射：当一个粒子从一个高能级跃迁到一个低能级，同时放出一个光子，这个过程称为斯托克斯辐射。
斯托克斯辐射是激光产生过程中的重要原理之一。
•光增强：通过将一系列粒子激发到一个高能级，然后通过受激辐射放出一束光，然后再将该光束通过增强反射和光放大等技术放大，从而形成一束高强度的激光。
2. 激光的应用激光作为一种特殊的光源，具有许多重要的应用。
下面列举了一些主要的激光应用：•激光切割和焊接：激光切割和焊接技术广泛应用于金属加工、电子制造和汽车制造等领域。
激光切割和焊接具有高精度、高效率和无污染等优点，在工业生产中发挥着重要作用。
•激光医学：激光在医学领域有广泛的应用，如激光手术、激光治疗、激光诊断等。
激光手术使用高能激光在手术过程中进行切割、蒸发、烧灼等操作，具有创伤小、恢复快的优点。
激光治疗可以用于肿瘤治疗、皮肤美容等方面。
激光诊断可以用于眼科、皮肤病等疾病的检测和治疗。
•激光测距和测速：激光测距和测速技术被广泛应用于工程建设、地质勘探、安防监控等领域。
利用激光的高单色性和高相干性，可以实现精准的距离和速度测量。
•激光通信：激光通信技术是一种高速、大容量的无线通信技术。
激光通信利用激光器将信息通过光波传输，具有传输速度快、抗干扰能力强的优点，可以用于远距离的通信。
•激光显示：激光显示技术是一种新型的显示技术，具有高亮度、高对比度和高颜色纯度等特点。
激光显示可以用于电视、电影院、虚拟现实等领域，提供更好的显示效果和观看体验。
3. 激光的发展和前景激光技术的发展正在不断推动人类科技的进步。
激光原理性质及应用
3.2 激光通讯
系统重量轻：发射机功耗低，供电系统重量轻；光束集中，散射角小 ，导致发射和接收望远镜的口径都很小，摆脱了微波系统巨大的碟形 天线，重量和体积减轻很多非常有利于卫星通信。
微 波 天 线
激 光 天 线
但是激光在大气中传输时受雨、雾、雪、霜等影响，衰耗要增大，故一般 用于边防、海岛、跨越江河等近距离通信，以及大气层外的卫星间通信和 深空通信
hν = E 2 − E1 hν = E 2 − E1
1.激光原理
1.1物质与光相互作用 受激吸收、自发辐射、受激辐射。 受激吸收：处于较低能级的粒子受到外界 的激发，吸收能量，跃迁到与此能量相对 应的较高能级。 自发辐射：处于高能级的电子以一定的概 率自发地（没有吸收外部能量）从高能级 向低能级跃迁，并放出能量与两能级能量 差相等的光子。
疝 灯
2 激光的特点
干涉性好 激光可以步调一致地向同一方向传播，可以用 透镜把它们会聚到一点上，把能量高度集中起， 一台巨脉冲红宝石激光器的亮度比太阳表面的亮 度高若干倍。 但是它的能量密度很大因为它的作用范围很小， 一般只有一个点，所以短时间里聚集起大量的能 量。
3 激光的应用
3.1医学中的应用 医学中的应用 医学是应用激光技术最早、最广泛和最活 跃的一门边缘学科。在1960年世界上第一 台红宝石激光器研制成功后的第二年激光 光视网膜凝固机就在眼病治疗获得应用。 目前激光治疗在临床可分为：眼科激光治 疗、外科激光手术、用于美容目的的皮肤 病激光治疗、口腔激光和激光理疗等等。
3.4 激光冷却
1985年，美籍华裔物理学家朱棣文和他的同事首次实现了激 光冷却原子的实验，并得到了极低温度——24µK（绝对0度 是0K）的钠原子气体。
3.4 激光武器
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激光核聚变激光核聚变（laser nuclear fusion）是以高功率激光作为驱动器的惯性约束核聚变。
在探索实现受控热核聚变反应过程中，随着激光技术的发展，1963年苏联科学家N.巴索夫和1964年中国科学家王淦昌分别独立提出了用激光照射在聚变燃料靶上实现受控热核聚变反应的构想，开辟了实现受控热核聚变反应的新途径激光核聚变。
激光核聚变要把直径为1毫米的聚变燃料小球均匀加热到1亿度，激光器的能量就必须大于1亿焦，这在技术上是很难做到的。
直到1972年美国科学家J.纳科尔斯等人提出了向心爆聚原理以后，激光核聚变才成为受控热核聚变研究中与磁约束聚变平行发展的研究途径。
1、基本原理激光核聚变中的靶丸是球对称的。
球的中心区域（半径约为3毫米）充有低密度（≤1克/厘米3）的氘、氚气体。
球壳由烧蚀层和燃料层组成：烧蚀层的厚度为200—300微米，材料是二氧化硅等低Z（原子序数）材料；燃料层的厚度约300微米，材料是液态氘、氚，其质量约5毫克。
有的靶丸的中心区域是真空，球壳由含有氘、氚元素的塑料组成。
有的靶丸则用固体氘、氚燃料，球壳由玻璃组成。
当激光对称照射在靶丸表面上时，烧蚀层表面材料便蒸发和电离，在靶丸周围形成等离子体。
激光束的部分能量在临界密度层处（该处的等离子体频率与入射的激光频率相等）被反射掉，另一部分能量则被等离子体吸收并加热等离子体。
等离子体的热量通过热传导穿过临界密度层向烧蚀层内传递，烧蚀层材料蒸发并向四周飞散产生反作用力（类似火箭推进原理），将靶丸球壳向靶心压缩（爆聚）产生传播的球形激波，使靶丸内氘、氚燃料的密度和温度增加，这种效应称为向心爆聚。
如果激光脉冲的波形选得合适，则向心传播的球形激波可会聚到靶丸球心区域，使球心区域一部分氘、氚燃料优先加热，形成热斑。
当热斑中的温度高到足以产生聚变反应时，则释放出的聚变能量就可驱动通过靶丸径向向外传播的超声热核爆炸波，并在靶丸物质移动之前就能将燃料层的聚变燃料加热并产生聚变反应，最后将烧蚀层毁掉。
因此，激光束的能量仅用于产生向心爆聚和加热靶心的热斑燃料上，不需将整个靶丸均匀加热到热核聚变温度，从而降低了对激光器功率的要求。
实现激光核聚变有直接驱动法和间接驱动法两种：①直接驱动法是将激光束直接照射在靶丸表面上，驱动器大多是钕玻璃激光器。
优点是激光束的能量利用效率高，运行可靠，且可进行时空控制。
缺点是必须要求激光束均匀照射在靶丸表面上，否则会造成向心爆聚的不对称，还可能在烧蚀层等离子体中产生不稳定性，使靶壳破坏，造成靶壳和核聚变燃料相互混合而降低压缩（爆聚）效果。
此外激光功率的耦合效率（5%—10%）和重复发射脉冲的频率（每秒输出1—10个激光脉冲）都不够高。
研究中的新型激光驱动器有KrF准分子激光器及用激光二极管泵浦的固体激光器等。
KrF准分子激光器的优点是：波长较短，激光吸收效率高，波形整形能力强，输出脉冲幅度可变动范围大等。
但还存在诸多技术问题，如激光器的效率、脉冲的重复频率、光学传输的复杂性、激光器的可靠性与耐用性及高成本等。
激光泵浦的固体激光器的优点是重复频率高、效率高，通过变频可使波长变短，获得高功率输出，运行可靠等。
存在的问题是激光二极管造价高，并需要找到长寿命荧光的激光材料。
②间接驱动法是将含有聚变燃料的靶丸悬在一个用高Z材料（如金）做成的小腔内，激光束通过腔壁上的小孔照射在腔的内壁上（不是直接照射在靶丸上）。
腔壁表面物质吸收激光束的能量温度升高，产生软X射线。
在薄壁层热材料内，辐射和材料之间几乎是热平衡的，因而形成软X射线的辐射场。
辐射热波向冷壁传输，高Z冷壁被加热并发射软X射线，成为软X射线的再发射区。
软X射线均匀地照射在腔内靶丸上将其烧蚀，经过向心爆聚等过程产生热核聚变反应。
间接法的优点是对激光束光斑的均匀性要求不高，且软X射线能均匀辐照在靶丸表面上，实现对称爆聚。
缺点是激光通过时等离子体会驱动参量不稳定性，而且激光束能量的利用效率不及直接驱动法高。
2、应用结果当今世界上最大的激光核聚变装置当属美国加州美国国家点火装置（NIF），它从1997年工程正式开始建设，2009年基本竣工，投资约合24亿英镑，占地约一个足球场大小。
“国家点火装置”产生的激光能量将是世界第二大激光器、罗切斯特大学的激光器的60倍。
科学家希望该激光器能模仿太阳中心的热和压力，用以创造核聚变反应。
它在2010年10月完成了其首次综合点火实验，激光系统向低温靶室发射了1兆焦激光能量，这已经是当时世界第二大的罗切斯特大学激光实验能量的30倍之多。
而在2012年3月22日整个装置所发射出的激光在经过最后一个聚焦透镜后，达到了2.03兆焦，在一举打破纪录的同时，也成为世界上首个2兆焦能量的紫外激光，其最终投向靶室的192束激光束射出了1.875兆焦（MJ）的能量。
尽管超过了其1.8兆焦的设计能力，但激光系统并未有多余的损坏。
然而，NIF的进展也并非一帆风顺，它在对氢同位素进行加温加压的过程麻烦不断。
在一个叫做间接传动的过程中，多束激光束会从橡皮擦大小的“辐射空腔”的两个开口射入，使其内部产生X射线。
之后，由X射线来加热并挤压辐射空腔内的核燃料（氢同位素标靶），触发核聚变。
然而，在辐射空腔内部，激光与等离子体之间发生了意料之外的涡流交互作用，吸收了来自激光束的能量。
这会抵消很多能量，使NIF的激光能量输出达不到点燃反应堆所必须的极限阈值，所以至今NIF的科研人员还在不断攻关中。
美国国家点火装置（NIF）尽管我国在ICF领域的研究起步较晚，但是自从1964年王淦昌等科学家独立提出了惯性约束核聚变的概念以来，经过近半个世纪几代人的不懈努力，在惯性约束核聚变研究和高功率激光技术等方面取得了巨大的成就，先后建成了“六路装置”、“星光”、“天光”和“神光”等大型高功率激光装置（如下表所示）。
下面以我国的神光装置进行具体说明:神光-Ⅰ1964年,我国著名核物理学家王淦昌院士独立地提出激光聚变思想,并建议了具体方案. 按照这一创议,在我国第一个激光专业研究所-中国科学院上海光机所开始了高功率激光驱动器的研制和应用并于 1971年获得氘-氘碰撞中子. 1978年中国工程物理研究院和中国科学院携手合作, ICF研究进入了全面发展的新阶段。
近廿年来, 致力于研制和应用钕玻璃激光驱动器 -“神光”系列装置, 取得了显著进展, 推动了我国惯性约束聚变实验和理论研究, 并在国际上占有一席之地。
1977年，上海光机所利用1千亿瓦的6束激光系统装置，对充气玻壳靶照射获得了近百倍的体压缩。
使我国的激光聚变研究进入了逐级论证向心聚爆原理的重要发展阶段，为以后长期的持续发展奠定了基础。
1980年，王淦昌提出建造脉冲功率为1万亿瓦固体激光装置的建议，称为激光12号实验装置(神光I)。
激光12号实验装置是建立在中国科学院上海光机所的一台大型高功率激光实验装置，位于上海市嘉定区清河路390号光机所内，1983年由上海光机所设计，总建筑面积4612平方米，为4层钢筋混凝土框架结构，总高度15米。
该装置输出两束口径为200mm的强光束，每束激光的峰功率达1万亿瓦，脉冲宽度有1ns 和100ps两种，波长为1.053μm的红外光，可倍频到0.53μm绿光。
实验室内配有物理实验靶室及全套诊断测量设备，能开展激光加热与压缩等离子物理现象的研究和激光X光谱等基础研究工作。
1985年7月，激光12号装置按时建成并投入试运行。
试运行中成功地进行了三轮激光打靶试验，取得了很有价值的结果，达到了预期目标。
该装置是中国规模最大的高功率钕玻璃激光装置，在国际上也是为数不多的大型激光工程。
它由激光器系统、靶场系统、测量诊断系统和实验环境工程系统组成。
输出激光总功率达1万亿瓦量级，而激光时间只有一秒钟的十亿分之一到百亿分之一。
可用透镜聚焦到50毫微米的尺寸上，能产生10万亿亿瓦/厘米2的功率密度。
将这样的光束聚焦在物质的表面，可以产生上千万度的高温，并由此产生强大的冲击波和反冲击压力。
该装置的高精度靶场系统，能适应0.1毫米量级的微球靶、黑洞靶、台阶靶、各类X光靶等多种靶型的实验需要，并具有单束、双束及两路并束激光打靶的功能，为进行激光核聚变新能源研究及其他多种物理研究得供了重要实验手段。
1987年6月通过国家级的鉴定。
它的建成为进行世界前沿领域的激光物理试验提供了有利的手段，对尖端科研和国民经济建设均具有重要意义。
1986年夏天，张爱萍将军为激光12号实验装置亲笔题词“神光”。
于是，该装置正式命名为神光-Ⅰ。
1989年起，神光I 直接驱动获5000000中子产额，间接驱动获10000中子产额，冲击波压强达0.8TPa，获近衍射极限类氖锗X光激光增益饱和。
1990年，神光I获得国家科技进步奖一等奖。
神光-Ⅱ1993年，国家“863”计划确立了惯性约束聚变主题，进一步推动了国家惯性约束聚变研究和高功率激光技术的发展。
1994年，神光-Ⅰ退役。
神光-Ⅰ连续运行8年，在激光惯性约束核聚变和X射线激光等前沿领域取得了一批国际一流水平的物理成果。
1994年5月18日，神光Ⅱ装置立项，工程正式启动，规模比神光-Ⅰ装置扩大4倍。
神光Ⅱ装置采用了国产高性能元器件，独立自主解决了一系列的科学技术难题，达到国际最先进的高功率固体激光驱动器水平，实现我国这一领域新的跨越。
该系统由激光器系统、靶场系统、能源系统、光路自动准直系统、激光参数测量系统以及环境、质量保障等系统组成，集成了数百台套的各类激光单元或组件，在空间排成8路激光放大链，技术参数与当今世界上最先进的在运行的美国OMEGA装置相当。
2000年，神光Ⅱ装置8路基频功率达到8万亿瓦，开始试运行打靶。
2000年起，直接驱动获40亿中子产额，间接驱动获1亿中子产额，直接驱动冲击波压强达1.5TPa，间接驱动冲击波压强达3.7TPa。
2001年8月，神光Ⅱ装置建成，总输出能量达到6千焦耳／纳秒，或8万亿瓦／100皮秒，总体性能达到国际同类装置的先进水平。
“神光Ⅱ”的数百台光学设备集成在一个足球场大小的空间内。
神光Ⅱ能同步发射8束激光，在约150米的光程内逐级放大：每束激光的口径能从5毫米扩为近240毫米，输出能量从几十个微焦耳增至750焦耳/束。
当8束强激光通过空间立体排布的放大链聚集到一个小小的燃料靶球时，在十亿分之一秒的超短瞬间内可发射出相当于全球电网电力总和数倍的强大功率，从而释放出极端压力和高温，辐照充满热核燃料气体的玻璃球壳，急速压缩燃料气体，使它瞬间达到极高的密度和温度，从而引发热核聚变。
神光Ⅱ已实现“全光路自动准值定位”，实验中能及时纠正因震动和温度变化而带来的仪器微偏，使输出激光经聚焦后可精确穿过一个约0.3毫米的小孔，仅比一根头发丝略粗一点。