第一章激光的基本特性文稿演示

1958: 美国汤斯(Towns)与肖洛(A.L.Schawlow) 提出利用开放式光学谐振腔实现光振荡的新思 想;
布隆伯根(N.Bloembergen)提出利用光泵浦 三能级系统实现粒子数反转分布的新构思。是 非线性光学理论的奠基人。
1958年12月: 在Physics Review上发表。 1960年3月：获专利。
激光发明奠定了理论基础。
1917年以后近四十年内： 量子理论的发展；粒子数反转的有效实现;
电子学与微波技术的发展。
1954：美国汤斯(C.H.Townes) 前苏联巴索夫(N.G.Basov) 普洛霍洛夫 (A.M.Prokhorov)
第一次实现氨分子微波量子振荡器(MASER)。
通讯和雷达技术都希望将电磁波频率进一步提高。(微波-可见光波段)
2021/3/17
3
※ 教学大纲：
第一章 第二章 第四章 第五章
第七章（自学）
※课程目标:
掌握产生激光的基本原理和处理激光问题的基 本理论和方法。
1. 了解激光器的组成，掌握激光原理的基本知识、 激光特性；。
2. 了解光谐振腔模式的波动理论，掌握共轴球面腔 的稳定性条件；掌握对称共焦腔的基本特性，能利 用等价共焦腔的概念分析一般稳定球面腔的模式特 征；掌握高斯光束的基本性质与传输规律，分析高 斯光束的聚焦和准直。
4、涉及范围及内容
1）自然科学：一系列新的交叉学科应用技术领域： 量子光学、非线性光学、激光原理（器件和技术）、 超快光子学、信息光电子技术、激光全息技术、激 光医疗与光子生物学、激光加工及检测，激光武器 等分支。
激光的发明使光学领域的研究出 现新的活力。激光一方面为成熟的领 域中现有的各种应用技术带来数量级 的改善，另一方面又开辟了一些新的 领域和新的应用和新学科。
1961：中国第一台激光器
1961年8月，中国第一台激光器--"小球照明红 宝石"激光器，在中国科学院长春光学精密机械 研究所诞生了。这台激光器的设计师是王之江 教授，他被称为"中国激光之父"。
中国第一台激光器（1961）
王大珩（1915.2.26─2011.7.21）， 中国科学院、中国工程院院士 中国光学之父
一、 序 言 what ？
激光又名镭射，全名是“受激辐射光放大”。
（Laser__light amplification by stimulated emission of radiation）
量子电子学
微观物理学与量子学相结合在所有波段研究激 射原理、激射器件以及相干辐射与物质相互作 用的一门边缘课程。
光电子学：在光频波段的电子学。 对象：电磁波
光子学
对象：光子
二、激光发展历史 How？
• 科学技术发展规律
基础理论研究 新技术 产品开发 产业
• 基础理论研究是构筑科学大厦的基石 • 为激光发展进行探索的科学家
1、激光器产生历史
1917: 爱因斯坦(A.Einstein) 提出了受激辐射可实现光放大的概念，为
1960：美国休斯公司实验室梅曼(T.H.Maiman) 世界上第一台红宝石固态激光器诞生。
2007年5月5日：激光先驱梅曼去世。 享年79岁。
世界上第一台激光器诞生(1960)
红宝石固体激光器
波长：6943A (694.3nm)，峰值功率：10KW
世界上第一台激光器模型： 固体激光器：红宝石，Nd:YAG，YVO4等。
精品课程://jingpin.szu.edu.cn/laser/
※专题研究或实验室参观：
专题研究方式的内容主要包括激光器的腔型 设计与参数测试、激光器的光束强度分布及其 发散角的测量与分析、调Q脉冲YAG激光器的 调试与参数测试的研究。
绪论
❖ 序言
❖ 激光发展历史
❖ 激光基本原理概述
光和物质相互作用的三种过程 光的受激辐射放大 自激振荡器
1997: 朱棣文、菲利普(W.Phillips)和塔罗季 （C.Tannoudi) 利用激光冷却和钳制原子的研
2000: 赫伯特·克雷歇尔（H.Pressel），提出Leabharlann Baidu 双异质结构，实现半导体激光器室温工作。
2、激光技术
1961：第一台调Q激光器(ns) 1966：锁模激光器（ps）——fs、as激光器
第一章激光的基本特性文稿演示
优选第一章激光的基本特性
光电子学是汇集光子学、电子学、光子技术
与电子技术的一门学科。
光子学 —— 研究光子作为信息、能量载体的科学 光子技术— 相干光的产生 激光原理 （54学时）
相干光的控制 (调制、偏转) 光频率（波长）变换
激光器件与原理 （54学时） 相干光的检测及应用——光电探测
※ 成绩：作业＋考勤 30％ 期末考试 70％
※课堂纪律：上课时不准吃、喝；关闭手机;
上课期间不得随意离开教室。
※学风建设：主动积极听课，把心留在教室里,
认真独立完成作业，端正态度, 不要有投机取巧的侥幸心理。
※答疑：
时间：每周五下午14:30-16:30 地点：科技楼5楼516-2室
※见学校网页精品课程网页：
3、激光应用器件发展概况
）
）
） ） ） ） ）
激光器件技术发展展望
1）工作物质: 固体，气体，液体，半导体，光纤
化学，离子，原子
2）频谱范围：激光波长远紫外——可见光——亚毫米
(100nm）
（1.222mm）
3）输出能量 微焦——百万焦耳(脉冲 pulse laser）
4）输出功率 毫瓦——万瓦 （连续 CW laser）
3. 掌握谱线加宽的机制和线型函数，掌握速率方 程理论的分析方法，掌握均匀加宽和非均匀加宽工 作物质的增益系数的特性。
4. 掌握激光振荡特性（阈值概念、激光器起振和 维持稳定工作条件、模式特性和输出功率）；了解 弛豫振荡、线宽极限和频率牵引概念。
2021/3/17
6
※ 教学手段：
上课内容：演示文稿 课堂练习： 课后作业：每人一个固定笔记本，周三上课前交 习题讲评&课堂讨论：3-4次 考试方式：闭卷 期末
制成中国第一台激光器，第一台大 型光测装备和许多国防光学仪器。
20世纪70年代，主持制定了全国第 一个遥感科学规划，领导了综合性的航 空遥感试验。
1961：世界上A.贾文制成了第一台气体激光器 －He-Ne激光器 1962：R.N.霍耳等人创制了砷化镓半导体激光器 1963：中国第一台He-Ne激光器