2章光源与激光器
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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。
2020/8/9
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）
2020/8/9
• 强激光甚至可产生上亿度的高温。 • 尽管激光的总能量并不一定很大，但由于能量高度
Δ
氦氖激光的单色性比单色性最好的普 通光源，如氪灯好 10 5倍。
2020/8/9
• 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。
• 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。
2020/8/9
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
2020/8/9
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
I0 2
2020/8/9
• 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！ 2让020/8我/9 们关注身边的科技，不断的学习和探索。
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：
• §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
2020/8/9
§ 2.1 光源及其特性
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。
• 自然光源：是自然界中存在的，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
2020/8/9
• 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
波长所对应的波长范围越窄，光的 单色性越好
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
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
=
Δλ λ
• 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。
2020/8/9
3.高强度和高亮度。激光是当代最亮的光源，只
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，
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
2020/8/9
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
• 高方向性 • 颜色极纯-单色性强 • 高强度，高亮度； • 相干性强，
2020/8/9
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。
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” 。
2020/8/9
• 所谓激光技术，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
光与现代科技 讲座
第二章 光源与激光器
2020/8/9
2020/8/9
光与现代科技Biblioteka Baidu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
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。
2020/8/9
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）
2020/8/9
• 强激光甚至可产生上亿度的高温。 • 尽管激光的总能量并不一定很大，但由于能量高度
Δ
氦氖激光的单色性比单色性最好的普 通光源，如氪灯好 10 5倍。
2020/8/9
• 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。
• 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。
2020/8/9
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
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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。
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I0 2
2020/8/9
• 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！ 2让020/8我/9 们关注身边的科技，不断的学习和探索。
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：
• §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
2020/8/9
§ 2.1 光源及其特性
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。
• 自然光源：是自然界中存在的，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
2020/8/9
• 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
波长所对应的波长范围越窄，光的 单色性越好
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
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
=
Δλ λ
• 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。
2020/8/9
3.高强度和高亮度。激光是当代最亮的光源，只
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，
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• 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
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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
• 高方向性 • 颜色极纯-单色性强 • 高强度，高亮度； • 相干性强，
2020/8/9
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。
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” 。
2020/8/9
• 所谓激光技术，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
光与现代科技 讲座
第二章 光源与激光器
2020/8/9
2020/8/9
光与现代科技Biblioteka Baidu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
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。