激光原理及应用-PPT课件
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激光原理及应用 ppt课件
(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
ppt课件
13
4.重叠率计算——Overlap
激光器 扫描镜
• 场镜：聚焦系统为F-θ 平场透镜，选用焦距 f=254mm。普通聚焦透镜像高y与入射角度θ 的关 系符合y=f tgθ ，当入射光偏转时其在焦平面上 的扫描速度不断变化；对普通透镜作改进后使像
高y=f θ ，以等角速度偏转的入射光实现线性扫 描，这种线性成像物镜称为F-θ 镜。
振镜
扫描振镜其专业名词叫做高速扫描振镜Galvo scanning system。所谓振镜，又可以称之 为电流表计，它的设计思路完全沿袭电流表的设计方法，镜片取代了表针，而探头的信号由计 算机控制的-5V—5V 或-10V－+10V 的直流信号取代，以完成预定的动作。同转镜式扫描系统 相同，这种典型的控制系统采用了一对折返镜，不同的是，驱动这套镜片的步进电机被伺服电
场镜
ppt课件
16
振镜是一种优良的矢量扫描器件。它是一种特殊的摆动电机 ,基本原理是通电线圈在磁场中产 生力矩 ,但与旋转电机不同 ,其转子上通过机械纽簧或电子的方法加有复位力矩 ,大小与转子偏 离平衡位置的角度成正比 ,当线圈通以一定的电流而转子发生偏转到一定的角度时 ,电磁力矩与 回复力矩大小相等 ,故不能象普通电机一样旋转 ,只能偏转 ,偏转角与电流成正比 ,与电流计一 样 ,故振镜又叫电流计扫描振镜(galvanomet ric scanner) 。
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
ppt课件
13
4.重叠率计算——Overlap
激光器 扫描镜
• 场镜：聚焦系统为F-θ 平场透镜，选用焦距 f=254mm。普通聚焦透镜像高y与入射角度θ 的关 系符合y=f tgθ ，当入射光偏转时其在焦平面上 的扫描速度不断变化；对普通透镜作改进后使像
高y=f θ ，以等角速度偏转的入射光实现线性扫 描，这种线性成像物镜称为F-θ 镜。
振镜
扫描振镜其专业名词叫做高速扫描振镜Galvo scanning system。所谓振镜，又可以称之 为电流表计，它的设计思路完全沿袭电流表的设计方法，镜片取代了表针，而探头的信号由计 算机控制的-5V—5V 或-10V－+10V 的直流信号取代，以完成预定的动作。同转镜式扫描系统 相同，这种典型的控制系统采用了一对折返镜，不同的是，驱动这套镜片的步进电机被伺服电
场镜
ppt课件
16
振镜是一种优良的矢量扫描器件。它是一种特殊的摆动电机 ,基本原理是通电线圈在磁场中产 生力矩 ,但与旋转电机不同 ,其转子上通过机械纽簧或电子的方法加有复位力矩 ,大小与转子偏 离平衡位置的角度成正比 ,当线圈通以一定的电流而转子发生偏转到一定的角度时 ,电磁力矩与 回复力矩大小相等 ,故不能象普通电机一样旋转 ,只能偏转 ,偏转角与电流成正比 ,与电流计一 样 ,故振镜又叫电流计扫描振镜(galvanomet ric scanner) 。
激光原理与应用讲教学课件
规定使用场所
激光设备应在指定的、安全的场所使用，并确保该场所没有其他人 员或物体受到激光的潜在危害。
规定操作流程
使用激光设备前，必须阅读并理解操作手册，并按照手册中的步骤 进行操作。任何违反操作流程的行为都可能导致严重的后果。
定期检查和维护
激光设备应定期进行检查和维护，以确保其处于良好的工作状态，并 消除任何潜在的安全隐患。
亮度高
激光的能量密度很大，亮 度高，可以在很短的时间 内集中很大的能量
激光的分 类
按工作物质分类 气体激光器、液体激光器、固体激光 器、化学激光器和自由电子激光器等
按输出波长分类
远红外激光器、近红外激光器、可见 激光器、紫外激光器、X射线激光器 和超短激光器等
材料加工
01
02
利用激光的高能量密度，实现金属和非金属材料的切割、 焊接、打孔等。
应用：汽车制造、航空航天、电子制造。
03
04
激光快速成型
利用激光制造三维物体，具有速度快、精度高、成本低 等优点。
05
06
应用：产品原型制造、医疗器械制造。
04 激光技术的前沿 与展望
高功率激光技 术
总结词
高功率激光技术是目前激光领域的前沿技术之一，是推动激光技术进步的重要力 量。
激光原理与应用教学课件
contents
目录
• 激光原理概述 • 激光原理的基本概念 • 激光器件及应用 • 激光技术的前沿与展望 • 激光安全与防护
01 激光原理概述
激光的产生
激光是受激辐射光放大的简称，是原子或分子中的电子在吸收能量后，从低能级跃 迁到高能级，再从高能级回落到低能级时，释放的能量以光子的形式放
详细描述
光纤激光器利用光纤作为增益介质，具有体积小、散热效果好、易于维护等优点。同时，光纤激光器的光束质量 也优于传统固体激光器，能够实现更远距离的传输和更好的聚焦效果。目前，光纤激光器已经被广泛应用于工业、 医疗、军事等领域。
激光设备应在指定的、安全的场所使用，并确保该场所没有其他人 员或物体受到激光的潜在危害。
规定操作流程
使用激光设备前，必须阅读并理解操作手册，并按照手册中的步骤 进行操作。任何违反操作流程的行为都可能导致严重的后果。
定期检查和维护
激光设备应定期进行检查和维护，以确保其处于良好的工作状态，并 消除任何潜在的安全隐患。
亮度高
激光的能量密度很大，亮 度高，可以在很短的时间 内集中很大的能量
激光的分 类
按工作物质分类 气体激光器、液体激光器、固体激光 器、化学激光器和自由电子激光器等
按输出波长分类
远红外激光器、近红外激光器、可见 激光器、紫外激光器、X射线激光器 和超短激光器等
材料加工
01
02
利用激光的高能量密度，实现金属和非金属材料的切割、 焊接、打孔等。
应用：汽车制造、航空航天、电子制造。
03
04
激光快速成型
利用激光制造三维物体，具有速度快、精度高、成本低 等优点。
05
06
应用：产品原型制造、医疗器械制造。
04 激光技术的前沿 与展望
高功率激光技 术
总结词
高功率激光技术是目前激光领域的前沿技术之一，是推动激光技术进步的重要力 量。
激光原理与应用教学课件
contents
目录
• 激光原理概述 • 激光原理的基本概念 • 激光器件及应用 • 激光技术的前沿与展望 • 激光安全与防护
01 激光原理概述
激光的产生
激光是受激辐射光放大的简称，是原子或分子中的电子在吸收能量后，从低能级跃 迁到高能级，再从高能级回落到低能级时，释放的能量以光子的形式放
详细描述
光纤激光器利用光纤作为增益介质，具有体积小、散热效果好、易于维护等优点。同时，光纤激光器的光束质量 也优于传统固体激光器，能够实现更远距离的传输和更好的聚焦效果。目前，光纤激光器已经被广泛应用于工业、 医疗、军事等领域。
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。
02
03
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
激光的应用(激光原理及应用PPT)
某型激光治疗仪的参数：
激光诱变育种
激光诱变育种是近二十年来发展起来的一种新技术 可以诱发 染色体及性状变异。以转基因牛育种为例。利用激光诱变 筛选出对牛的品质有良好改良的基因，再通过转基因技术 对牛进行品种改良或新品种培育，主要体现在两个方面： 一是提高牛的抗病能力;二是提高牛的肉奶产量、改善奶品 质，同时转基因技术在改善牛的生长、肉质等性状也有一 些重要进展。（实际上激光育种产生的种子不一定都是人 们想要的，这个需要人们自行挑选对自己有益的）。
美国海军激光武器试验视频
美国海军自行发展了激光近距离武器系统，目标是将该激 光武器系统安装在密集阵武器系统侧面，激光器可对付15 千米外的目标，保留的 20毫米加特林速射炮负责 1.5 千米 距离上的目标。系统采用了6台5千瓦级光纤激光器，实现 总输出功率32千瓦。
激光针灸是一种利用激光的微细光束照射穴位 以治疗疾病的新型针灸方法 低能量激光主要有抗炎、促进上皮细胞生长等 作用。与传统针灸方法相比，其特点是无针刺 引起的疼痛，对组织无损害，无滞针、断针及 针穴感染之可能，不但有类似针灸的作用，同 时还有激光本身所引起的一系列生物效应。
激光对焦（为了安全，激光对焦的功率一般在0.4
毫瓦以下，使用的激光为红外波段激光。）
缺点：对于细长的物体不能很好的对焦，对于较远距离的 物体不能很好的对焦； 优点：对焦速度快、不受环境光线影响。
其实，将激光对焦和相位对焦结合使用优势明显。
激光武器在科幻小说和科幻电影中很早就有涉及， 但是直到最近几年才有相关武器的试验报道（也 有可能有秘密实验在更早的时候进行，但是就像 51 区一样我们不得而知）。它和电磁轨道炮一样 在武器领域内比较热门。
现今智能手机发展十分迅速，拍照成为了各家厂商宣传的 重点。除了摄像头像素，光学防抖外，对焦技术也是炒作 焦点。手机对焦方式主要有三种：反差对焦、相位对焦、 激光对焦。 反差对焦就是不断移动镜头找到对比度最高 的镜头位置； 相位对焦是将入射光线分成成对的图像，执行一次相位差计 算以直接确定对焦位置。
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
01
02
03
04
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
01
02
03
04
《激光原理》PPT课件
2024/1/28
28
前沿动态及发展趋势预测
超快激光技术
实现飞秒、皮秒级超短脉冲输出，用 于精密加工、生物医学等领域。
高功率激光技术
发展高能量、高效率的激光器，应用 于国防、能源等领域。
2024/1/28
激光显示技术
利用激光作为光源的显示技术，具有 色域广、亮度高等优点，是未来显示 技术的重要发展方向。
概述光纤激光器的工作原理、 优势及在通信、传感等领域的 应用前景。
其他典型固体激光器
简要介绍其他类型的固体激光 器，如半导体激光器、拉曼激
光器等。
10
03
气体激光器原理与技术
2024/1/28
11
气体放电过程及发光机制
01
02
03
气体放电基本概念
电子与气体原子或分子碰 撞，引发电离和激发过程 ，产生带电粒子和光子。
液体染料激光器技术特点பைடு நூலகம்
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。
16
半导体材料发光机制及器件结构
2024/1/28
利用半导体材料的特性实现受激辐射，具有 体积小、效率高、寿命长等优点，广泛应用 于通信、显示等领域。
2024/1/28
6
02
固体激光器原理与技术
2024/1/28
7
固体激光材料及其发光机制
2024/1/28
固体激光材料种类与特性
01
包括晶体、玻璃、陶瓷等，具有不同的发光特性和应用场景。
2024版激光原理与技术PPT(很全面)
•激光基本原理•激光器类型及技术•激光束特性及控制技术目录•激光与物质相互作用•激光测量与检测技术•激光通信与信息处理技术•激光安全与防护技术光的自发辐射与受激辐射自发辐射原子或分子在没有外界作用下，由于自身能级的不稳定性而自发地从高能级向低能级跃迁，同时发射出一个光子的过程。
受激辐射原子或分子在外界光子的作用下，从高能级向低能级跃迁，同时发射出一个与入射光子完全相同的光子的过程。
区别与联系自发辐射是随机的，而受激辐射是确定的；自发辐射产生的光是非相干的，而受激辐射产生的光是相干的。
光放大当外来光信号通过激光工作物质时，受激辐射产生的光子与入射光子具有相同的频率、相位、传播方向和偏振状态，从而实现光信号的放大。
粒子数反转在激光工作物质中，高能级上的粒子数多于低能级上的粒子数，形成粒子数反转分布。
实现方法通过泵浦源提供能量，使激光工作物质中的粒子被激发到高能级，形成粒子数反转分布。
粒子数反转与光放大产生条件特性应用领域030201激光的产生与特性晶体激光器玻璃激光器光纤激光器He-Ne 激光器CO2激光器以氦气和氖气作为工作气体，产生红色可见光激光，常用于精密测量和准直。
Ar+激光器染料激光器液体激光核聚变半导体激光器边发射半导体激光器面发射半导体激光器采用垂直腔面发射结构，具有低阈值电流、圆形光束和易于集成等特点，适用于光通信和光互连等领域。
激光束的传输与聚焦激光束的传输特性01激光束的聚焦原理02激光束的聚焦技术03介绍评价激光束质量的常用参数，如光束直径、发散角、光强分布等。
激光束质量评价参数阐述实验测量和数值模拟等方法在激光束质量评价中的应用。
激光束质量评价方法分析激光束质量对激光加工、光通信、激光雷达等应用的影响。
激光束质量对应用的影响激光束的质量评价激光束的控制与整形激光束控制技术激光束整形技术激光束控制与整形的应用激光与物质相互作用的基本过程激光束在物质中的传播激光与物质相互作用的机理激光与物质相互作用的特点1 2 3激光加工的基本原理激光加工的应用领域激光加工的优势激光加工原理及应用利用激光的高能量密度和生物效应，对生物组织进行照射，以达到治疗疾病的目的。
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。
激光原理与应用讲 课件
光的相干性可以通过干涉现象进行检验，当两束相干光波相遇时，它们会相互叠 加，形成明暗相间的干涉条纹。
光的干涉与衍射
光的干涉是指两束或多束相干光波在空间某一点相遇时，由 于光波的相位关系不同，导致光强分布发生变化的现象。干 涉现象是双缝实验中明暗条纹形成的原因。
光的衍射是指光波在传播过程中遇到障碍物时，光波发生弯 曲的现象。衍射现象使得光波能够绕过障碍物，继续向前传 播。
光的受激辐射
光的受激辐射是指处于激发态的原子在特定频率的光照射 下，会释放出与照射光频率相同的光子的现象。受激辐射 是产生激光的重要机制之一。
当一个光子与一个处于基态的原子相互作用时，该原子会 吸收光子的能量并跃迁到激发态。随后，该原子会释放出 一个与原先照射光频率相同的光子，同时自身回到基态。
激光的特性
国家安全规范
各国政府和相关机构也制定了相 应的激光安全规范，规定了激光 产品的生产和销售要求、使用限 制等，以确保公众的安全。
2023 WORK SUMMARY
THANKS
感谢观看
REPORTING
激光去痘
利用激光能量杀死引起 痘痘的细菌，量破坏毛囊 的生长能力，从而达到
永久脱毛的效果。
军事领域
01
02
03
激光制导
利用激光束对导弹进行精 确制导，提高导弹的命中 精度和作战效果。
激光雷达
利用激光束对目标进行探 测和定位，具有高精度、 高分辨率、抗干扰能力强 等优点。
PART 05
激光的安全与防护
激光的生物效应
光热效应
激光照射生物组织后，组织吸收光能 转化为热能，引起局部温度升高，可 能导致组织损伤。
光化学效应
电磁场效应
激光产生的电磁场能够影响生物组织 的电磁特性，对细胞和分子产生影响 。
光的干涉与衍射
光的干涉是指两束或多束相干光波在空间某一点相遇时，由 于光波的相位关系不同，导致光强分布发生变化的现象。干 涉现象是双缝实验中明暗条纹形成的原因。
光的衍射是指光波在传播过程中遇到障碍物时，光波发生弯 曲的现象。衍射现象使得光波能够绕过障碍物，继续向前传 播。
光的受激辐射
光的受激辐射是指处于激发态的原子在特定频率的光照射 下，会释放出与照射光频率相同的光子的现象。受激辐射 是产生激光的重要机制之一。
当一个光子与一个处于基态的原子相互作用时，该原子会 吸收光子的能量并跃迁到激发态。随后，该原子会释放出 一个与原先照射光频率相同的光子，同时自身回到基态。
激光的特性
国家安全规范
各国政府和相关机构也制定了相 应的激光安全规范，规定了激光 产品的生产和销售要求、使用限 制等，以确保公众的安全。
2023 WORK SUMMARY
THANKS
感谢观看
REPORTING
激光去痘
利用激光能量杀死引起 痘痘的细菌，量破坏毛囊 的生长能力，从而达到
永久脱毛的效果。
军事领域
01
02
03
激光制导
利用激光束对导弹进行精 确制导，提高导弹的命中 精度和作战效果。
激光雷达
利用激光束对目标进行探 测和定位，具有高精度、 高分辨率、抗干扰能力强 等优点。
PART 05
激光的安全与防护
激光的生物效应
光热效应
激光照射生物组织后，组织吸收光能 转化为热能，引起局部温度升高，可 能导致组织损伤。
光化学效应
电磁场效应
激光产生的电磁场能够影响生物组织 的电磁特性，对细胞和分子产生影响 。
最新激光原理及应用讲述教学讲义ppt课件
进入夏天，少不了一个热字当头，电扇 空调陆 续登场 ，每逢 此时， 总会想 起
那一把蒲扇。蒲扇，是记忆中的农村 ，夏季 经常用 的一件 物品。
记忆中的故
乡，每逢进入夏天，集市上最常见的 便是蒲 扇、凉 席，不 论男女 老少， 个个手 持
一把，忽闪忽闪个不停，嘴里叨叨着 “怎么 这么热 ”，于 是三五 成群， 聚在大 树
激光的方向性
当=10-3 弧度时， =10-6 弧度，这意味一般激光只在 数量级为10-6弧度立体角内传输。而白炽灯在4 弧度的
立体角范围发光。由此可见，激光束比普通光束的方向性 好几百万倍。
亮1000，000倍
激光的高亮度
光源的亮度是表征光源辐射强弱的一个重要参量。 对于在光源表面法向的发光亮度定义为
经过40多年的发展，激光已经被用在生活、科研 的方方面面：激光笔、激光针灸、激光裁剪、激 光切割、激光焊接、激光淬火、激光唱片、激光 指示器、激光测距仪、激光陀螺仪、激光铅直仪、 激光手术刀、激光炸弹、激光雷达、激光枪、激 光炮等等，在不久的将来，激光肯定会有更广泛
的应用。
一、激光发展历史
二、激光原理
Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation
意思是“受激辐射的光放大”。 激光的英文全名已经完全表达了制造激光
的主要过程。 激光的原理早在1916年已被 著名的美国物理学家爱因斯坦发现，但直 到1960年激光才被首次成功制造。1964年 按照我国著名科学家钱学森建议将“光受 激发射”改称“激光”。
由重的原子核变化为轻的原子核，叫核裂变，如原子弹爆炸；
由轻的原子核变化为重的原子核，叫核聚变，如太阳发光发 热的能量来源。 相比核裂变，核聚变几乎不会带来放射性 污染等环境问题，而且其原料可直接取自海水中的氘，来源 几乎取之不尽，是理想的能源方式。
那一把蒲扇。蒲扇，是记忆中的农村 ，夏季 经常用 的一件 物品。
记忆中的故
乡，每逢进入夏天，集市上最常见的 便是蒲 扇、凉 席，不 论男女 老少， 个个手 持
一把，忽闪忽闪个不停，嘴里叨叨着 “怎么 这么热 ”，于 是三五 成群， 聚在大 树
激光的方向性
当=10-3 弧度时， =10-6 弧度，这意味一般激光只在 数量级为10-6弧度立体角内传输。而白炽灯在4 弧度的
立体角范围发光。由此可见，激光束比普通光束的方向性 好几百万倍。
亮1000，000倍
激光的高亮度
光源的亮度是表征光源辐射强弱的一个重要参量。 对于在光源表面法向的发光亮度定义为
经过40多年的发展，激光已经被用在生活、科研 的方方面面：激光笔、激光针灸、激光裁剪、激 光切割、激光焊接、激光淬火、激光唱片、激光 指示器、激光测距仪、激光陀螺仪、激光铅直仪、 激光手术刀、激光炸弹、激光雷达、激光枪、激 光炮等等，在不久的将来，激光肯定会有更广泛
的应用。
一、激光发展历史
二、激光原理
Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation
意思是“受激辐射的光放大”。 激光的英文全名已经完全表达了制造激光
的主要过程。 激光的原理早在1916年已被 著名的美国物理学家爱因斯坦发现，但直 到1960年激光才被首次成功制造。1964年 按照我国著名科学家钱学森建议将“光受 激发射”改称“激光”。
由重的原子核变化为轻的原子核，叫核裂变，如原子弹爆炸；
由轻的原子核变化为重的原子核，叫核聚变，如太阳发光发 热的能量来源。 相比核裂变，核聚变几乎不会带来放射性 污染等环境问题，而且其原料可直接取自海水中的氘，来源 几乎取之不尽，是理想的能源方式。
最新《激光原理及应用》激光加工技术幻灯片课件
说明：工件横面沿深度方向的组织 依次为：熔凝层、相变硬化层、热影 响区和基材，如图所示。
T10钢激光熔凝层显微硬度沿淬硬层深度的分布 激光熔凝处理后横截面组织示意图
2021/8/11
柱塞激光熔凝淬火处理，激光熔凝处理前表面原始硬度 HB220，激光处理后表面硬度HRC58以上。
说明：布氏硬度HB220，相当于洛氏硬度HRC20
2021/8/11
激光表面合金化的发展
1.激光表面合金化工艺材料的研究 目前激光表面合金化所用的合金粉末，都是采用等离子喷涂和等离子
喷焊的粉末，在使用中工艺性能不太理想。为此，应针对激光表面合金 化的工艺特性，提高合金粉末材料的防护、浸润性、流动性等性能，研 制出适于激光表面合金化的合金粉末。
激 光 淬 火 技 术
是利用聚焦后的激光束照射到钢铁材料表面，使其温度迅速升高到相变 点以上。当激光移开后，由于仍处于低温的内层材料的快速导热作用， 使表层快速冷却到马氏体相变点以下，获得淬硬层。
硬度、强度、耐磨性
一、激光淬火技术（激光相变硬化）
2021/8/11
1.激光淬火技术，又称激光相变硬化，它利用聚焦后的激光束照射到钢 铁材料表面，使其温度迅速升到相变点以上。当激光移开后，由于仍处 于低温的内层材料的快速导热作用，使表层快速冷却到马氏体相变点以 下，获得淬硬层。
淬硬层深度：
h P dv
3)表面预处理（黑化处理）：
2021/8/11
磷化法：20世纪80年代最常用的方法之一。通过磷化处理在工件表面 形成一层磷化膜（磷酸锰居多），使材料表面吸收率达到80%以上。 但磷化处理也常使材料表面出现裂纹。
黑漆法：黑漆主要成分为石墨粉和碳酸钠
Sio2型涂料法：涂料主要成份为200-300目精制石英粉。
T10钢激光熔凝层显微硬度沿淬硬层深度的分布 激光熔凝处理后横截面组织示意图
2021/8/11
柱塞激光熔凝淬火处理，激光熔凝处理前表面原始硬度 HB220，激光处理后表面硬度HRC58以上。
说明：布氏硬度HB220，相当于洛氏硬度HRC20
2021/8/11
激光表面合金化的发展
1.激光表面合金化工艺材料的研究 目前激光表面合金化所用的合金粉末，都是采用等离子喷涂和等离子
喷焊的粉末，在使用中工艺性能不太理想。为此，应针对激光表面合金 化的工艺特性，提高合金粉末材料的防护、浸润性、流动性等性能，研 制出适于激光表面合金化的合金粉末。
激 光 淬 火 技 术
是利用聚焦后的激光束照射到钢铁材料表面，使其温度迅速升高到相变 点以上。当激光移开后，由于仍处于低温的内层材料的快速导热作用， 使表层快速冷却到马氏体相变点以下，获得淬硬层。
硬度、强度、耐磨性
一、激光淬火技术（激光相变硬化）
2021/8/11
1.激光淬火技术，又称激光相变硬化，它利用聚焦后的激光束照射到钢 铁材料表面，使其温度迅速升到相变点以上。当激光移开后，由于仍处 于低温的内层材料的快速导热作用，使表层快速冷却到马氏体相变点以 下，获得淬硬层。
淬硬层深度：
h P dv
3)表面预处理（黑化处理）：
2021/8/11
磷化法：20世纪80年代最常用的方法之一。通过磷化处理在工件表面 形成一层磷化膜（磷酸锰居多），使材料表面吸收率达到80%以上。 但磷化处理也常使材料表面出现裂纹。
黑漆法：黑漆主要成分为石墨粉和碳酸钠
Sio2型涂料法：涂料主要成份为200-300目精制石英粉。
激光原理与技术ppt课件2024新版
激光束的传输与变换
激光束的传输特性
探讨激光束在自由空间和光学系统中 的传输特性，包括光束的发散、聚焦 和像差等。
激光束的质量控制
阐述激光束质量评价的标准和方法， 以及提高激光束质量的措施和技术。
激光束的变换方法
介绍常见的激光束变换方法，如透镜 变换、反射镜变换和光纤传输等，并 分析它们的应用场景和优缺点。
激光原理与技术 ppt课件
目录
• 激光原理概述 • 激光技术基础 • 固体激光器 • 气体激光器 • 液体激光器与光纤激光器 • 激光技术的应用与发展趋势
01
激光原理概述
激光的产生与发展
01
1917年，爱因斯坦提出 “受激辐射”理论
02
03
1954年，美国物理学家 汤斯和肖洛提出激光原 理
1960年，梅曼制成世界 上第一台红宝石激光器
03
固体激光器
固体激光器的结构与工作原理
固体激光器的组成
工作物质、泵浦源、光学谐振腔
工作原理
通过泵浦源提供能量，使工作物 质中的粒子实现粒子数反转，然 后在光学谐振腔的作用下产生激
光振荡，输出激光。
光学谐振腔的作用
提供正反馈，使受激辐射光不断 放大，同时控制激光输出的方向
和质量。
固体激光器的性能特点
液体激光器与光纤激光器的性能特点及应用
液体激光器
主要应用于可调谐激光光谱学、生物 医学成像等领域。
光纤激光器
广泛应用于工业加工、通信、医疗等 领域，如激光切割、焊接、打标等。
06
激光技术的应用与发 展趋势
激光加工技术的应用与发展
激光切割
高精度、高效率的切割方法，广泛应用于金 属、非金属材料的加工。
激光原理及应用课件68P
1960年7月，世界第一台红宝石固态激光器问世，
标志了激光技术的诞生。
美国加利福尼亚州休斯航空公司实验室的研究员梅
曼演示的。 波长为694.3nm的激光
至此，一门新的科学技
术——量子电子学中的激光 技术以科学史上罕见的高速 度向前发展！
1961年
⑴ 2月（A.Javan）研制成了
He—Ne混合气体激光器。
神光I、神光II、神光III
二、激光的基本构成
产生激光的必要条件
1. 实现粒子数反转 ——工作物质 ２.使原子被激发 ——激励能源 ３.要实现光放大 ——光学谐振腔
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1. 基本构成部分
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朱棣文（1948~），美 籍华裔物理学家。 1997 年，朱棣文因发 明用激光冷却和俘获 原子的方法获得诺贝 尔物理学奖。
科 昂 - 塔 努 吉 （ Cloder Cohen Tanuky ， 1933~ ） 法国物理学家， 1997 年诺 贝尔物理奖得主。他利用 “磁阱”技术，成功地将
⑵ 有人提出了Q调制技术，
并制成第一台调Q激光器。
⑶ 制成了钕玻璃脉冲激光器。
为什么要调Q？
1962年，美国三个研究小组几乎同时分别发布砷化镓 （GaAs）半导体激光器运转的报道。
仅1961—1962年间世界各国发表 的激光方面的论文达200篇以上。
1963年建立了激光的半经典理论。
对激光的频率特性和功率特性进行了比较完善的
菲 利 普 斯 （ Felipus ， William ， 1948~ ）美国物 理 学 家 ， 1987 年 他 运 用 “磁阱”技术，改进了原 子在激光照射下温度骤降
激光原理与应用课件
9
1 ．3 激光工作物质的能级结构
一、三能级系统
激发态的平均寿命只有10-8(s)。然而在原子的能 级中，有一种特殊的能级，其寿命可达10-3(s)甚
至更长。我们称这种状态为原子的亚稳态。
在He、Ne、CO2 、N2等物质中都有这种能级结 构
10
物质三能级系统的示意图
抽运
快 E3
E2 (亚稳态)
n 受激辐射出的光子，与入射光子具有相
同的频率，相同的初相，相同的传播方
向，相同的偏振态等。
E2
hv
E1
hv
E2
hhvv
输入 hv
hv hv
hv hv 输出
E1
hv
受激辐射示意图
受激辐射光放大示意图
6
1 ．2 粒子数反转
n 处在温度为T的平衡态下，各能级上分布的分 子数，服从玻尔兹曼分布，
n 高能态En'上分布的分子数与低能态En上分布的 分子数之比为：
34
3．4 激光在几何参数测量方面的应用
一、激光测距技术
1、激光脉冲计数方法
2、相位测距法
B
X A
He-Ne激 光
45°
二、利用激光技术和几M何学d原理可以对板N参材考平面
的厚度进行测量
激光测厚原理示意图
35
3.5 激光条码检测技术
n 条码技术是通过一定形状和间隔的条纹 组合来表达计算机“0” 、“1”语言的一种方 法。
慢
E1 (基态)
n 应该注意：三能级系统，是指激光器在运转过 程中，所涉及到的三级能级。并不是指该系统 仅有这三条能级。
11
二、四能级系统
抽运
快 E4
E3 (亚稳态)
1 ．3 激光工作物质的能级结构
一、三能级系统
激发态的平均寿命只有10-8(s)。然而在原子的能 级中，有一种特殊的能级，其寿命可达10-3(s)甚
至更长。我们称这种状态为原子的亚稳态。
在He、Ne、CO2 、N2等物质中都有这种能级结 构
10
物质三能级系统的示意图
抽运
快 E3
E2 (亚稳态)
n 受激辐射出的光子，与入射光子具有相
同的频率，相同的初相，相同的传播方
向，相同的偏振态等。
E2
hv
E1
hv
E2
hhvv
输入 hv
hv hv
hv hv 输出
E1
hv
受激辐射示意图
受激辐射光放大示意图
6
1 ．2 粒子数反转
n 处在温度为T的平衡态下，各能级上分布的分 子数，服从玻尔兹曼分布，
n 高能态En'上分布的分子数与低能态En上分布的 分子数之比为：
34
3．4 激光在几何参数测量方面的应用
一、激光测距技术
1、激光脉冲计数方法
2、相位测距法
B
X A
He-Ne激 光
45°
二、利用激光技术和几M何学d原理可以对板N参材考平面
的厚度进行测量
激光测厚原理示意图
35
3.5 激光条码检测技术
n 条码技术是通过一定形状和间隔的条纹 组合来表达计算机“0” 、“1”语言的一种方 法。
慢
E1 (基态)
n 应该注意：三能级系统，是指激光器在运转过 程中，所涉及到的三级能级。并不是指该系统 仅有这三条能级。
11
二、四能级系统
抽运
快 E4
E3 (亚稳态)
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目录
一：激光产生原理 二：激光刻划原理
三：激光扫边原理
激光产生原理
1.激光定义：
激光的最初的中文名叫做“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 的各单词头一个字母组 成的缩写词。意思是“通过受激发射光扩大”。激光的英文全名已经完全表达了制造激光的 主要过程。1964年按照我国著名科学家钱学森建议将“光受激发射”改称“激光”。
E2 E1
E2 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
入射光子
E2 E1 受激辐射跃迁
受激辐射光子 入射光子
ser Attenuator（激光衰减）
现有调节激光功率的方法： • 调节电流：会改变激光的光束截面（Beam Profile），会影响打出来的线宽和焦点。 • 调节频率Repetition Rate (Hz) ：会影响激光能量和刻划线宽。
Gaussian Beam
Top Hat
3.激光束截面和能量密度分布
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 Hz 1.1uW/um=220W/20KHz/900um2
4.重叠率计算——Overlap
电源 光源泵
•
工作介质（YAG晶体）
激光束
全反射镜
半反射镜
工作物质
全反射镜 激励能源部分来自射镜激光的产生过程可归纳为： 粒 工 子 外界激励 作 数 物 反 质 转
偶 然 的 自 发 辐 射
其 它 光 粒 子 子 放 光学谐振腔 的 大 受 及 激 振 辐 荡 射
激 光 产 生
工作物质——被激励后能发生粒子数反转的活性物质
2.激光发展史：
1960年7月7日，梅曼宣布世界上第一台激光器由诞生，梅曼的方案是，利用一个高强 闪光灯管，来刺激红宝石。由于红宝石其实在物理上只是一种掺有铬原子的刚玉，所以当红 宝石受到刺激时，就会发出一种红光。在一块表面镀上反光镜的红宝石的表面钻一个孔，使 红光可以从这个孔溢出，从而产生一条相当集中的纤细红色光柱，当它射向某一点时，可使 其达到比太阳表面还高的温度。
激光器内部机构（P4）
• • • • • • 晶体腔：产生最原始的激光（包含YAG晶体，LED光源，电源）； 全反光镜：使光完全反射回去，增大光强度； 半反射镜：反射75%的光，只有满足一定直线性，能量和波长的光才能通过，大约25%； Q-Switch：分X轴和Y轴，控制激光输出能量，得到能量较强，持续时间较长的光束； 功率计：量测输出的激光能量大小； Shutter：控制激光输出的一个开关。
E1
3-2 粒子数反转
要想使受激辐射占优势，必须使处在高能级E2的粒子数大于处在低能级E1的 粒子数，这种
分布正好与平衡态时的粒子分布相反，称为粒子数反转分布，简称粒子数反转，实现粒子数反 转是产生激光的必要条件。
4.晶体腔：工作物质，谐振腔，激发源
• • 工作物质：使受激辐射成为介质中的主导过程，必要条件是在介质中造成离子数反 转分布，即使介质激活。例如：掺钕钇铝石榴石（Nd:YAG）YAG激光晶体。 谐振腔：加强介质中的受激辐射，通常由两块与工作介质轴线垂直的平面或凹球面 反射镜构成。工作介质实现了粒子数反转后就能产生光放大。谐振腔的作用是选择 频率一定、方向一致的光作最优先的放大，把其它频率和方向的光加以抑制。 激发源：要是工作物质成为激活态，需要外界激励作用。一般有光泵式，电激励式， 化学式。
• • • 固体工作物质：掺钕钇铝石榴石（Nd：YAG）；红宝石；钕玻璃； 气体工作物质：CO2分子气体；He-Ne原子气体；氩离子气体； 半导体工作物质：砷化镓
激励装置——能使激活介质发生粒子数反转分布的能源
• • • • • 光激励： 用脉冲光源来照射工作介质（闪光灯、LD）； 电激励： 用气体放电的办法来利用具有动能的电子去激发介质原子； 化学激励：应用化学反应方法； 热激励： 超音速绝热膨胀法； 注入式激励：采用向半导体物质注入大电流的方法。
Beam size profile and energy density distribution
• • 光束截面：圆形 或者 长方形 Beam size profile : round or rectangle 能量分布：高斯 或者 多元高斯（平顶） Energy distribution : Gaussian or multi-Gaussian (Top flat)
3.激光产生理论介绍
3-1 激光在产生过程中始终伴随着以下三种状态：
a. 受激吸收（简称吸收）：处于较低能级的粒子在受到外界的激发，吸收了能量时，跃迁到 与此能量相对应的较高能级。
E2
入射光子
E2 E1
E1
受激吸收跃迁
b.自发辐射：粒子受到激发而进入的激发态，不是粒子的稳定状态，如存在着可以接纳粒子 的较低能级，即使没有外界作用，粒子也有一定的概率，自发地从高能级激发态（E2）向 低能级基态（E1）跃迁，同时辐射出能量为（E2-E1）的光子。
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
晶体腔
半反镜
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。 加装Beam Shaping 的镜组，激光的Beam Profile由高斯光（Gaussian）改为Top Hat，制程速度可提高2-4倍以上。
一：激光产生原理 二：激光刻划原理
三：激光扫边原理
激光产生原理
1.激光定义：
激光的最初的中文名叫做“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 的各单词头一个字母组 成的缩写词。意思是“通过受激发射光扩大”。激光的英文全名已经完全表达了制造激光的 主要过程。1964年按照我国著名科学家钱学森建议将“光受激发射”改称“激光”。
E2 E1
E2 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
入射光子
E2 E1 受激辐射跃迁
受激辐射光子 入射光子
ser Attenuator（激光衰减）
现有调节激光功率的方法： • 调节电流：会改变激光的光束截面（Beam Profile），会影响打出来的线宽和焦点。 • 调节频率Repetition Rate (Hz) ：会影响激光能量和刻划线宽。
Gaussian Beam
Top Hat
3.激光束截面和能量密度分布
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 Hz 1.1uW/um=220W/20KHz/900um2
4.重叠率计算——Overlap
电源 光源泵
•
工作介质（YAG晶体）
激光束
全反射镜
半反射镜
工作物质
全反射镜 激励能源部分来自射镜激光的产生过程可归纳为： 粒 工 子 外界激励 作 数 物 反 质 转
偶 然 的 自 发 辐 射
其 它 光 粒 子 子 放 光学谐振腔 的 大 受 及 激 振 辐 荡 射
激 光 产 生
工作物质——被激励后能发生粒子数反转的活性物质
2.激光发展史：
1960年7月7日，梅曼宣布世界上第一台激光器由诞生，梅曼的方案是，利用一个高强 闪光灯管，来刺激红宝石。由于红宝石其实在物理上只是一种掺有铬原子的刚玉，所以当红 宝石受到刺激时，就会发出一种红光。在一块表面镀上反光镜的红宝石的表面钻一个孔，使 红光可以从这个孔溢出，从而产生一条相当集中的纤细红色光柱，当它射向某一点时，可使 其达到比太阳表面还高的温度。
激光器内部机构（P4）
• • • • • • 晶体腔：产生最原始的激光（包含YAG晶体，LED光源，电源）； 全反光镜：使光完全反射回去，增大光强度； 半反射镜：反射75%的光，只有满足一定直线性，能量和波长的光才能通过，大约25%； Q-Switch：分X轴和Y轴，控制激光输出能量，得到能量较强，持续时间较长的光束； 功率计：量测输出的激光能量大小； Shutter：控制激光输出的一个开关。
E1
3-2 粒子数反转
要想使受激辐射占优势，必须使处在高能级E2的粒子数大于处在低能级E1的 粒子数，这种
分布正好与平衡态时的粒子分布相反，称为粒子数反转分布，简称粒子数反转，实现粒子数反 转是产生激光的必要条件。
4.晶体腔：工作物质，谐振腔，激发源
• • 工作物质：使受激辐射成为介质中的主导过程，必要条件是在介质中造成离子数反 转分布，即使介质激活。例如：掺钕钇铝石榴石（Nd:YAG）YAG激光晶体。 谐振腔：加强介质中的受激辐射，通常由两块与工作介质轴线垂直的平面或凹球面 反射镜构成。工作介质实现了粒子数反转后就能产生光放大。谐振腔的作用是选择 频率一定、方向一致的光作最优先的放大，把其它频率和方向的光加以抑制。 激发源：要是工作物质成为激活态，需要外界激励作用。一般有光泵式，电激励式， 化学式。
• • • 固体工作物质：掺钕钇铝石榴石（Nd：YAG）；红宝石；钕玻璃； 气体工作物质：CO2分子气体；He-Ne原子气体；氩离子气体； 半导体工作物质：砷化镓
激励装置——能使激活介质发生粒子数反转分布的能源
• • • • • 光激励： 用脉冲光源来照射工作介质（闪光灯、LD）； 电激励： 用气体放电的办法来利用具有动能的电子去激发介质原子； 化学激励：应用化学反应方法； 热激励： 超音速绝热膨胀法； 注入式激励：采用向半导体物质注入大电流的方法。
Beam size profile and energy density distribution
• • 光束截面：圆形 或者 长方形 Beam size profile : round or rectangle 能量分布：高斯 或者 多元高斯（平顶） Energy distribution : Gaussian or multi-Gaussian (Top flat)
3.激光产生理论介绍
3-1 激光在产生过程中始终伴随着以下三种状态：
a. 受激吸收（简称吸收）：处于较低能级的粒子在受到外界的激发，吸收了能量时，跃迁到 与此能量相对应的较高能级。
E2
入射光子
E2 E1
E1
受激吸收跃迁
b.自发辐射：粒子受到激发而进入的激发态，不是粒子的稳定状态，如存在着可以接纳粒子 的较低能级，即使没有外界作用，粒子也有一定的概率，自发地从高能级激发态（E2）向 低能级基态（E1）跃迁，同时辐射出能量为（E2-E1）的光子。
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
晶体腔
半反镜
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。 加装Beam Shaping 的镜组，激光的Beam Profile由高斯光（Gaussian）改为Top Hat，制程速度可提高2-4倍以上。