激光理论
激光产生的原理
二、激光产生的三要素 从图上可以看出，凡非腔轴方向的自发辐射，尽管它也可以诱 发激发态上的粒子产生光放大，但因介质体积有限，腔侧面又 是敞开的，终将逸出腔外。所以，产生激光的作用不大。唯独 沿腔轴方向的自发辐射才起作用。每当它碰到镜面时，便被反 射沿原路折回，又重新通过介质不断诱发激发态上的粒子产生 受激辐射光放大。由于受激辐射光在腔镜间往返运行，介质被 反复利用，腔轴方向受激辐射光就越来越强。其中一部分从部 分反射镜端射出，这就是激光；
量级，而高功率钕[nǚ]玻璃激光则比太阳亮16个数量级。 2、方向性好
激光的方向性很好，它能传播很远距离而扩散面积很小， 接近于理想的平行光 3、单色性好
激光为单色光，它的发光光谱宽度，比氪灯的光谱宽度窄 几个数量级。
20
二、激光的特点 正是由于激光的上述三个特殊优点，人们把它用于焊接之
中，聚焦后在焦点上的功率密度可高达106～1012W/cm2，比寻 常的焊接 热源高几个数量级，成为一种十分理想的焊接热源。
2
一、激光产生的基本理论
跃迁。发出或吸收的光的频率满足普朗克公式（hv=E2-E1，h为 普朗克常数6.626×10-34J·s，v为光的频率，E2和E1分别为高 能级和低能级的能量）。
2、自发辐射、受激吸收和受激辐射 由于物质有趋于最低能量的本能，处于高能级E2上的
原子总是要自发跃迁到低能级E1上去，如果跃迁中发出光子， 这个过程称为自发辐射。处于低能级E1上的原子，吸收外来 能量后跃迁到E2上，则称之为受激吸收。
21
Байду номын сангаас
思考与练习
1、激光产生的三要素是什么？ 2、受激辐射过程中外来光子的频率应满足什么关系式？ 3、受激辐射和自发辐射有本质的区别？ 4、激光器的激励源——光泵作用是什么？ 5、是不是任何物质都可以作为激光的工作物质？只有具备什么
激光原理
激光原理LASER （light amplification by stimulated emission of radiation ）受激发射光放大，源于爱因斯坦在量子理论的基础上提出的一个概念：在物质与辐射场的相互作用中。
构成物质的原子或者是分子可以再光子的激励之下产生光子的受激发射或吸收。
根据这个理论，如果能使构成物质的粒子状态的状态离开波尔兹慢热平衡，实现所谓的粒子数反转；那么就可以利用这种状态的物质对光进行放大。
与此同时，物理学家同时证明：受激发射的光子和激励光子具有相同的性质——方向、频率、相位、偏振。
在此基础上，后来的科学家设想能够利用能够利用这样的性质产生单色性较好的光源。
在上个世纪50年代的时候，电子和微波技术的发展产生了将电磁波谱向光频拓展的需求。
这样，一批勇于探索和创新的科学家，提出了一系列的理论来实现这种极为纯的光源：美国的汤斯（Charles H. Towns ）前苏联的科学家巴索夫和普罗霍洛夫创造性的继承和发展爱因斯坦的理论，提出了利用原子分子的受激发射光放大来放大电磁波。
1958年汤斯和他的合作者肖洛产生了利用远超过光波长度的光学谐振腔来实现这种放大。
1960年7月美国的梅曼演示了第一台红宝石激光器。
这种光具有完全不同于普通光的性质：单色性、方向性、相干性。
激光的物理原理受激辐射：在普朗克与1900年用量子化假设成功解释了黑体辐射分布，以及波尔在1913年提出原子中电子的运动状态量化的假设基础上，爱因斯坦从两字的概念出发，重新的推到了普朗克公式，提出了两个极为重要的概念：受激辐射和自发辐射。
我们知道在物质的原子中存在着分离的能级，在一个热平衡态全同粒子系统中，处于各个能级的粒子数是按照一定规律分布的——波尔兹慢分布。
T k E E b e n n )21(12--=（N1、n2分别是处于E2E1能级上的粒子数)一般来说，处于高能级的粒子数要少于低能级。
在一个热平衡系统中，粒子并不是一种静态的平衡，而是在不断地运动着的。
激光的理论基础讲解
激光的理论基础直到二十世纪初，人们才在实验的基础上揭开了原子结构的奥秘。
原子结构像是一个小小的太阳系，中间是原子核，电子围绕原子核不停地旋转，同时也不停地自转。
原子核集中了原子的绝大部分质量，但却只占有很小的空间。
原子核带正电，电子带负电，一般原子核与电子所携带的正负电荷数量相等，因此对外呈中性。
电子绕核旋转具有一定的动能，同时负电荷的电子与正电荷的原子核之间存在着一定的位能。
所有电子的动能与位能之和就是整个原直到二十世纪初，人们才在实验的基础上揭开了原子结构的奥秘。
原子结构像是一个小小的太阳系，中间是原子核，电子围绕原子核不停地旋转，同时也不停地自转。
原子核集中了原子的绝大部分质量，但却只占有很小的空间。
原子核带正电，电子带负电，一般原子核与电子所携带的正负电荷数量相等，因此对外呈中性。
电子绕核旋转具有一定的动能，同时负电荷的电子与正电荷的原子核之间存在着一定的位能。
所有电子的动能与位能之和就是整个原子的能量，称为原子的内能。
这种原子模型是1911年由英国科学家卢瑟福提出的。
紧接着，1913年，丹麦物理学家玻尔提出了原子只能处于由不连续能级表征的一系列状态——定态上，这与宏观世界中的情况大不相同。
人造卫星绕地球旋转时，可以位于任意的轨道上，也就是说可具有任意的连续变化的能量。
而电子在绕核运动时，却只能处于某些特定的轨道上。
从而原子的内能不能连续的改变，而是一级一级分开的，这样的级就称为原子的能级。
不同的原子具有不同的能级结构。
一个原子中最低的能级称为基态，其余的称为高能态，或激发态。
原子从高能态E2过渡到低能态E1时，会向外发射某个频率为ν的辐射，满足普朗克公式：hv = E1 - E2式中h为普朗克常数。
反之，该原子吸收频率为ν的辐射时，就会从低能态E1过渡到高能态E2。
爱因斯坦在玻尔工作的基础上于1916年发表《关于辐射的量子理论》。
文章提出了激光辐射理论，而这正是激光理论的核心基础。
因此爱因斯坦被认为是激光理论之父。
激光传输的基本理论
1． 稳态传输
稳态传输中包络不含时间， E(x, y, z, t ) = A(x, y, z)e i ( β 0 z −ω 0t ) ，同时方程(8)中的积 分可以简化：
i ∓ ≺ 4
其中 β 0 =
n 0ω 0 。 c
∂A ∂2 A + 2iβ 0 + ∇2 ⊥A = 0 2 ∂z ∂z
(10)
E(x, y, z, t ) = A(x, y, z, t )e i ( β 0 z −ω 0t ) 表示震荡的场， 但不是任何情况都能简单地用复
函数代替实函数。(i)实际的物理量，如 E 应该是实数。(ii)用复数量代表是实数 量时，复数量的实部等于实数量。(iii)存在非线性项时，一般不能这样做，而 是要用下列表达形式： E = Re Ae i ( β 0 z −ω 0t ) =
[
] [Ae
1 2
i ( β 0 z −ω 0t )
+ c.c. 。(iv)对极端的超
]
短脉冲问题，须使用 CAS 信号，其虚部的选取是唯一的。 概念：<准单色场>：对准单色情况，我们可以把场用复数函数表示
E(x, y, z, t ) = A(x, y, z, t )e i ( β 0 z −ω 0t ) ，这对简化方程和数学运算都带来很大方便。这
激光传输的基本理论
胡巍
本文将简要介绍激光传输的傍轴传输理论，分为线性介质传输、非线性传输 等二部分，包括了 Wave equation、Helmholtz Equation、Paraxial Equation 以及 Gauss 光束等的传输。
第一部分 线性介质中的激光传输 §1 Wave Equation
i
∓
激光美容基本理论
一个理想的激光波长要符合以下3个点： 1、与靶色基的吸收峰尽可能匹配 2、来自其他色基的竞争性吸收尽可能要少 3、有足够的穿透深度
治疗色素增生性皮肤病的调Q红宝石激光（波长694nm）比较好地符合了 上述几点。在这一波长下来自氧合血红蛋白的竞争性吸收就很少，而 该波长既能较好地成为成熟黑素小体吸收，又有一定的穿透深度。
前者是指 光子被吸收后激活了生物分子，被激活的生物分子与周围 其他分子不断碰撞并使其获得振动能和转动能； 后者是指 偶极分子（主要是水分子）吸收了红外光光子后，光能直接 转化为该分子的振动能和转动能。这两种方式均可导致皮肤组织温度 升高，热效应产生。
（2）热弥散： 热效应产生的同时，热弥散即已经开始。通过
A
58
• 黑色素：显微爆破 • 血管内皮：凝固坏死/变性 • 毛囊组织：凝固性坏死/变性 • 胶原组织与纤维母细胞：皮肤年轻化
A
59
长、短波长所携带相同的光能量时 • 短波长、高频率、高能量 • 长波长、低频率、低能量 • 短波穿透较浅、长波穿透较深（在一定范
围内） • 短波光子携带的能量高，治疗较强烈 • 长波光子携带的能量高，治疗较强烈
20世纪90年代进入——脉冲激光年代（美容激光）
A
9
光盘存储器原理—激光刻蚀与读出
A
10
激光全息防伪人民币（建国50周年纪念币）
A
11
激光控制核聚变
A
12
天文台（激光导航星）
来自纳层 的反射光 （高度约 100km)
最大高度 约35km
来自空气 分子的 Rayleigh光
A
13
激光测距与激光雷达
激光原理公式推导过程
激光原理公式推导过程
激光（Laser）是一种通过受激辐射过程产生的高度聚焦、高度单色、相干性很好的光束。
以下是激光原理公式推导的基本过程：
1.基于电磁辐射的波动理论，我们知道光是由电磁波构成
的。
光的电场和磁场分别可以表示为 E(x, t) 和 B(x,
t)。
其中，x 表示空间坐标，t 表示时间。
2.在激光器中，激发介质中的原子或分子受到外部能量激
发，从低能级跃迁到高能级。
当它们返回到低能级时，会发
射光子，产生光辐射。
3.在激光器中，激发介质被放置在一个光学谐振腔内。
谐
振腔由两个反射镜组成，一个是部分透射和部分反射的输出
镜，另一个是完全反射的输入镜。
4.光在谐振腔中来回反射，并与受激辐射的光增强相互作
用，形成光的累积放大。
5.根据电磁波的传播方程和光的谐振腔条件，可以推导出
激光增益公式，表示光的增益与激发介质的性质、激光器结
构以及光的频率等因素之间的关系。
6.具体的激光器类型（如气体激光器、固体激光器、半导
体激光器等）会涉及到不同的物理过程和公式推导。
需要注意的是，激光原理涉及到较为复杂的光学和电磁学理论。
不同类型的激光器具有不同的原理和公式推导过程。
具体的推导需要依赖于相关的物理方程和数学方法，并超出了本文档的范围。
如果你对特定类型的激光器原理有更具体的兴趣，请参考相关的物理学和光学学术文献。
激光的理论基础
激光的理论基础
激光是一种特殊的光，按其特征可以分为多个类别。
它具有相同频率和向量方向的电
磁辐射，可以把复杂的电场双极转换为光场双极，其振荡频率在可视光到红外光之间，占
据辐射场中的特定频率范围，而光束具有较高的能量强度和一致性。
激光技术，是根据半
导体激光器的发展，此技术可以主要应用于可视光投射、仪器仪表、打印机以及生物医学
等领域。
激光的理论基础是光学和量子电动力学。
归纳起来概括可有四个基本要素：一是光调
制系统，将复杂的电场双极转换为光场双极，例如准直镜的一种折射或反射；二是能量放
大系统，由多个放大管或激光晶体组成，以把中微量的能量大量地放大输出；三是光学系统，由反射镜、透镜等元件组成，调整激光束的方向；四是量子电动力学，研究电态到光
态的转换，形成基本的激光源。
因此，各种光学和量子电动力学的理论与实验及各种光学
器件的应用，是激光的理论基础。
同时，激光有多个理论模型，基本上可以分为非平衡模型、直接激发模型、激光器模型、激光共振腔模型及衍射激光模型五种。
其中，非平衡模型和激光器模型是最常用的理
论模型。
它们分别涉及物理系统非平衡状态和物理激光器两个大的研究问题。
激光的理论基础，即模型理论基础和实验理论基础。
模型理论基础是指上述激光的理
论模型，实验理论基础是指实验研究、探讨激光的特性及其现象的理论基础。
结合上述理
论和实验，可以剖析激光的特性和表现，从而更有效地发挥激光的性能，应用到实践中去。
激光原理_第1章_激光的基本理论
3.简并态—— 同一能级的各状态称简并态 例：计算1s和2p态的简并度
原子状态 n l
ml ms 简并度
1s
1
00
f1=2
1
2p
21
0
f2=6
-1
18
第一章 激光的基本原理
二、玻耳兹曼分布及粒子数反转
1. 玻耳兹曼分布(热平衡分布)
(19.77eV) 10-6 S
23
四、黑体辐射及其公式 1、描述黑体辐射的典型物理量
①单色能量密度 ,T：单位体积内，频率处于 附近
单位频率间隔内的电磁辐射能量，它是频率和温度的函 数。
注：寻求 的,T 函数形式进而确定单色辐出度的形式是当
时黑体辐射研究者们的一大目标！
②单光位波频模率密间度隔内n的：光腔波内模单式位数体。积中频率处于 附 近
n f e 2
2 (E2 E1 ) / kbT
讨论(设f i= f j) :
n1 f1
(1)如果E2 - E1很小,且满足 △E = E2 - E1＜＜kbT,则
n2 e (E2 E1 ) / kbT 1
n1
19
第一章 激光的基本原理
n f e 2
2 ( E2 E1 ) / kbT
第一章 激光的基本原理
前言
光具有波粒二象性，在描述光的性质是，可 以从其粒子性和光的波动性两个方面来描述光的 性质，进而引入了光波模式和光子模式来描述；
在激光产生的过程中，受激辐射和自发辐射 是其产生的基本原理，同时分析要实现光的受激 辐射放大需要满足集居数反转（粒子数反转）。
1
第一章 激光的基本原理
光设 第三章 哈肯的半经典激光理论
g iabu x / 2 0
d d d0 2i
( g * a*
g
*
a
)
2. 哈肯基本近似
(4) 共振
i i
(5) 引入
g ig
g ab / 2 0
一、激光器M-B方程的稳定性和阈值
a (i )a i g*
i i gad
a i a ig ,
i ig ad0.
一、激光器M-B方程的稳定性和阈值
4. 定态解及其稳定性
a i a ig , i ig ad0.
引入符号： S , D0 d0
代入得： a i a ig S,
S i S igD0 a.
令解的形式为： a a0 exp i t , S S0 exp i t.
第三章 哈肯的半经典激光理论
一．激光器M―B方程的稳定性和阈值 二．单模激光器M―B方程的稳态解 三．单模行波激光器的瞬态特性 四．非共振的单模激光器 五．锁模激光器 六．从半经典理论过渡到速率方程理论
一、激光器M-B方程的稳定性和阈值
1. 哈肯的半经典激光方程
a (i )a i g*
i i gad
代入第一式得光场方程：
a[i( ) ]
g
2
a
i(
1
)
1
d0 2T1W n
二、 单模激光器M-B方程的定态解
a[i( ) ]
g
2
a
i(
1
)
1
d0 2T1W n
方程两边实部实部相等，虚部与虚部相等
实部相等，得到光强特性；虚部相等，得到频率特性。
实部相等，得到
2
d0
W 1 2T1Wn
激光半经典理论
激光半经典理论概述激光是一种高度聚焦的、单色的光束，具有高亮度和相干性。
激光的产生与激光器的构造以及半导体激光器的工作原理密切相关。
本文将介绍激光的半经典理论，包括激光的产生、激光器的构造和半导体激光器的工作原理。
激光的产生激光的产生是基于电磁激发原理的。
当物质受到一定能量的激发时，会发生电子的激发和跃迁。
这种跃迁会产生一些辐射，如果这些辐射与电磁场的频率匹配，就可以被放大形成激光。
激光的产生需要具备三个条件，即：•待激发物质具有上能态和下能态。
•器件具有储存能量的能带结构。
•电磁波与储存能量的电子发生相互作用，使电子在两个能态间跃迁。
激光的产生可以分为四个阶段，即激发、寿命、放大和振荡。
这四个阶段是激光的产生过程中必不可少的环节。
激光器的构造激光器是一种器件，用于放大光波，产生激光束。
激光器的构造包括激光谐振腔、激光介质和激发装置三个部分。
激光谐振腔激光谐振腔由两个和一个或多个镜子构成，其中一个镜子为全反射镜，另一个则为半反射镜。
激光进入谐振腔后，被反射回半反射镜，再通过全反射镜反射回半反射镜，并不断地在两个镜子之间反弹，形成双向调和波。
在波的过程中，光波从激光介质中通过。
激光介质激光介质是激光器的重要组成部分，其功能是在光波的反弹过程中起到放大和锁定的作用。
激光介质是一种具有受激辐射特性的物质，在光波作用下，可释放电子能级之间的能量，进而增强光波的能量。
激发装置激发装置是激光器的能量来源，它为激光介质充能，从而产生一定的电子激发。
激发装置通常包括闪光灯、泵浦光和电容器等部件。
半导体激光器的工作原理半导体激光器是目前应用最广泛的一类激光器。
其工作原理是通过半导体材料在载流子作用下，电子和空穴与激光介质相互作用，产生光辐射放大。
半导体激光器的结构由P型半导体和N型半导体构成，中间是一个P-N结，当通过半导体激光器的时候，载流子被注入到PN结区域，形成少数载流子浓度。
然后少数载流子和激光介质相互作用产生光辐射，并通过谐振腔的反弹过程形成激光束。
4.1激光物理的各种基本理论
3、缺陷：数学处理也复杂。理论上还掩盖了光场的量子特性， 无法解释自发辐射的产生、线宽极限、振荡过程的量子起伏效 应(噪声和相干性)等。
四、速率方程理论——量子理论的简化形式
1、处理方法：从光子(即量子化的辐射场)与物质原子的相 互作用出发的。但是，忽略了光子的相位特性和光子数的 起伏特性。
2、作用和优势：简明性而诱人。能给出激光的强度特性。 对于烧孔效应、兰姆凹陷、多模竞争等，能给出粗略的近似 描述。
(4) 描述：平均碰撞时间 —统计方法
(5) 碰撞加宽线型函数
碰撞线宽
L 1
~ g L ,0
L 2 2 2 0 L 2
L
L 碰撞时间间隔一个原子与其它原子发生碰撞的平均时间间
隔-描述碰撞的频繁程度
在气压不太高时， 碰 撞线宽与气压成正比 例子：CO2 ： He3:Ne20(7:1)
结果：不会使激发态原子减少，却会使自发辐射波列 相位发生突变，波列长度，等效于激发态寿命 。
b、非弹性碰撞 无 辐射跃迁
激发态原子与其他原子或器壁碰掩使内能转换 为其他原子或器壁的动能，而自己回到基态。 结果：使激发态原子减少， 也使激发态寿命 。
(3) 结果：使激发态寿命 ，从而谱线加宽。
mv z2 / 2 KT e dvz
12
单位体积内,某能级上z向速度 分量在vz~vz+dvz的原子数。 n(v z )单位体积内,某能级上，z向 速度分量为vz附近，单位速度间 隔内内的原子数。
总原子数密度
n(vz)
n(vz)dvz
dvz 0 vz
m mv z2 / 2 KT dvz e E2能级上： n2 vz dvz n2 2KT
年美国科学家提出了激光原理1960年第一台
1958年美国科学家提出了激光原理。
1958年，美国科学家肖洛和汤斯发现了激光，它具有亮度极高、单色性好、方向性好三大特点，然后提出了激光的原理。
激光的理论基础起源于物理学家爱因斯坦，1917年爱因斯坦提出了一套全新的技术理论‘光与物质相互作用’。
发展：
1958年，美国科学家肖洛（Schawlow）和汤斯（Townes）发现了一种神奇的现象：当他们将氖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。
根据这一现象，他们提出了＂激光原理＂，即物质在受到与其分子固有振荡频率相同的能量激发时，都会产生这种不发散的强光－-激光。
他们为此发表了重要论文，并获得1964年的诺贝尔物理学奖。
1960年5月15日，美国加利福尼亚州休斯实验室的科学家梅曼宣布获得了波长为0.6943微米的激光，这是人类有史以来获得的第一束激光，梅曼因而也成为世界上第一个将激光引入实用领域的科学家。
1960年7月7日西奥多·梅曼宣布世界上第一台激光器诞生，梅曼的方案是，利用一个高强闪光灯管，来激发红宝石。
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。
激光器发展历程
激光器发展历程
激光的发展历程可以追溯到20世纪的上半叶。
以下是激光器的主要发展里程碑：
1. 爱因斯坦的光子概念：1905年，爱因斯坦在他的光电效应理论中首次提出了光子的概念，这为激光器的研发打下了理论基础。
2. 马赫-琼斯实验：在1917年，路易斯·马赫和莫尔德琼斯执行了一系列实验，展示了通过光放大和受激发射可以产生的相干光束。
3. 激光理论的发展：在20世纪的40和50年代，理论物理学家发展了激光器的基本原理。
他们提出了受激发射和光放大的概念，并且预测可以通过跃迁的粒子数目来产生聚集性辐射。
4. 马塞尔·特朗普的激光器：1960年，激光的原型由西奥多·马奈斯和艾瓦·西格马的小组在美国发明。
然而，该装置在光学谐振器上没有突破，并且无法实现连续输出。
5. 第一台连续激光器：1961年，法国科学家马塞尔·特朗普首次成功地构建了连续激光器。
他使用了具有反射镜的半导体材料来实现光的放大。
通过光学共振的方法，他能够持续地产生输出功率较高的激光光束。
6. 光学纤维激光器：20世纪70年代初，科学家们开始探索使用光纤作为激光器的介质。
这种类型的激光器允许通过光纤导
光，因此可以将激光束引导到较长的距离或复杂的配置中。
7. 激光应用的拓展：激光器的应用领域也在不断扩展。
从最初的科学研究到现在的医疗、通信、制造业等多个行业都广泛应用激光技术。
总结起来，激光器的发展历程经历了理论突破、实验验证和技术改进等多个阶段。
如今，激光技术已经成为现代科学和工业中不可或缺的一部分。
激光成像理论原理及应用
激光成像理论原理及应用激光成像是一种利用激光的特性进行成像的技术。
激光成像的理论原理主要涉及激光的产生与特性、激光的作用机制、激光与物质的相互作用以及成像原理等方面。
激光成像技术广泛应用于医学、工业、通信等领域，具有高分辨率、高稳定性和高鲁棒性等优点，为各个行业提供了许多重要的应用。
激光是一种具有高度定向、高能量密度并且可以形成单色和相干性较高的光束。
激光可以通过受激辐射的方式产生，即利用某些物质的受激过程发射一束准单色、准相干的光。
激光在产生后可以通过透过、反射和折射等方式与物质进行相互作用。
其特点使得激光可以成为一种理想的成像光源。
激光成像的作用机制主要包括透射、反射、散射和吸收等过程。
激光在物质中透射时，会受到物质的吸收和散射的影响，从而导致激光的衰减和成像的模糊。
而当激光与物质发生反射时，可以通过检测反射光的强度、相位和极化等信息来获得物体的形状、表面特性和组成等信息。
另外，激光也可以通过与物质的散射过程进行成像，通过检测散射光的强度和角度信息来得到物体的内部结构和组织特性。
此外，激光与物质的吸收过程也可以利用来进行成像，通过测量物体吸收光的强度和波长来获得物质的浓度和组织特性等信息。
激光成像的原理基于激光与物质的相互作用和光的成像原理。
成像原理主要包括干涉、衍射和成像逆问题等方面。
通过激光产生的光束与物体相互作用后，可以通过检测光束的传播、衍射和干涉等过程来获得物体的信息并生成图像。
其中，干涉和衍射是激光成像中常用的分析手段，可以获得高分辨率和高对比度的成像结果。
而成像逆问题则是利用矩阵计算和数值算法等方法将激光与物质相互作用的过程转化为物体的形状、结构和组成等信息的反演问题。
激光成像在医学、工业和通信等领域有着广泛的应用。
在医学方面，激光成像可以用于医学图像的获得和分析，如激光扫描显微镜用于细胞和组织的成像、激光共聚焦显微术用于高分辨率的生物成像等。
在工业方面，激光成像可以用于三维形状测量、瑕疵检测和质量控制等。
激光基础理论试题及答案
激光基础理论试题及答案一、单项选择题（每题2分，共20分）1. 激光的产生是基于哪种物理现象？A. 光电效应B. 康普顿散射C. 受激辐射D. 黑体辐射答案：C2. 激光的波长主要取决于什么？A. 光源材料B. 发射器的温度C. 发射器的尺寸D. 光源的电压答案：A3. 以下哪种激光器不属于固体激光器？A. 红宝石激光器B. 钕玻璃激光器C. 氩离子激光器D. 半导体激光器答案：C4. 激光的相干性主要体现在哪个方面？A. 单色性B. 单向性C. 高亮度D. 波前一致性答案：D5. 激光冷却技术中，通常使用的是哪种类型的激光？A. 连续波激光B. 脉冲激光C. 准分子激光D. 染料激光答案：B6. 激光在医学上的应用不包括以下哪项？A. 激光切割B. 激光焊接C. 激光美容D. 激光诊断答案：B7. 以下哪种材料不适合作为激光介质？A. 稀土元素掺杂的晶体B. 气体C. 液体染料D. 普通玻璃答案：D8. 激光的频率稳定性通常由什么决定？A. 激光器的设计B. 激光介质的纯度C. 激光器的工作温度D. 激光器的电源稳定性答案：A9. 激光的单色性是指什么？A. 激光的波长非常单一B. 激光的频率非常单一C. 激光的相位非常单一D. 激光的偏振非常单一答案：B10. 激光的高亮度主要得益于什么？A. 高功率输出B. 光束的聚焦C. 高效率的能量转换D. 光束的定向性答案：D二、填空题（每题2分，共20分）1. 激光的全称是__________。
答案：受激辐射放大光2. 激光器的工作原理基于_________效应。
答案：受激辐射3. 激光的三个主要特性是单色性、相干性和__________。
答案：高亮度4. 激光在工业上常用于材料的__________和打标。
答案：切割5. 激光的波长可以通过改变激光介质的__________来调节。
答案：掺杂浓度6. 激光冷却通常利用的是激光与原子相互作用的__________效应。
激光原理什么时候提出
激光原理什么时候提出激光原理最早提出可以追溯到20世纪初。
在当时，物理学家爱因斯坦首次提出了激光的理论基础。
他在1917年的一篇论文中首次提出了“受激辐射”的概念，这一概念后来成为激光技术的基础。
然而，直到20世纪中叶，激光技术才真正开始被人们广泛关注和应用。
激光原理的提出是基于原子和分子的能级结构以及光的相干性。
爱因斯坦在他的论文中指出，当原子或分子处于高能级时，它们可以通过吸收外部光子的能量而跃迁到更高的能级。
而当这些原子或分子回到低能级时，它们会释放出与吸收的光子具有相同频率、相同相位和相同方向的光子，这就是激光的基本原理。
随着时间的推移，科学家们对激光技术进行了深入研究，并取得了许多重要的突破。
1958年，美国的肖洛和汉布利等人首次实现了激光放大，这标志着激光技术正式诞生。
而在1960年，泰德·梅曼发明了世界上第一台工作的激光器，这一发明被认为是激光技术发展历史上的重要里程碑。
激光技术的迅速发展得益于其在科学研究、医疗、通信、材料加工等领域的广泛应用。
在科学研究方面，激光技术被应用于原子物理、光谱学、光化学等领域，为科学家们提供了强大的工具。
在医疗领域，激光技术被应用于眼科手术、皮肤治疗、癌症治疗等，为医生们提供了更精准、更有效的治疗手段。
在通信领域，激光技术被应用于光纤通信、激光雷达等，为信息传输提供了更快速、更稳定的方式。
在材料加工领域，激光技术被应用于激光切割、激光焊接等，为工业生产提供了更高效、更精密的加工工具。
总的来说，激光技术的提出和发展为人类社会带来了巨大的影响。
它不仅推动了科学技术的进步，也为人类生活带来了诸多便利。
随着科学技术的不断发展，相信激光技术在未来会有更广阔的应用前景，为人类社会带来更多的惊喜和改变。
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
激光切割理论
激光切割理论
激光切割就是利用高能量密度的激光束照射到被切割材料表面，瞬间让材料升温并熔化、汽化，从而实现切割的目的。
这其中涉及到好多关键的因素。
比如说激光的波长、功率、脉冲宽度等等，这些都会直接影响切割的效果和质量。
波长决定了激光能穿透材料的深度和精度，功率大小则关系到切割的速度和能处理的材料厚度。
脉冲宽度嘛，会影响到切割面的粗糙度和热影响区的大小。
而且，材料本身的性质也很重要。
不同的材料对激光的吸收和反射能力不一样，像金属和非金属材料就有很大差别。
还有切割的工艺参数，像切割速度、辅助气体的类型和压力，都得精心调整，才能得到理想的切割效果。
另外，激光切割设备的精度和稳定性也不能忽视。
好的设备能保证激光束的聚焦精度和稳定性，让切割线条更笔直、更光滑。
总之，激光切割理论是个相当复杂但又充满魅力的领域，要想真正掌握好，还得不断学习和实践呢！。
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激光理论
激光的理论基础起源于大物理学家‘爱因斯坦’，1917年爱因斯坦提出了一套全新的技术理论‘光与物质相互作用’。
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。
例子：
1958年，美国科学家肖洛（Schawlow）和汤斯（Townes）发现了一种神奇的现象：当他们将氖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。
根据这一现象，他们提出了"激光原理"，即物质在受到与其分子固有振荡频率相同的能量激发时，都会产生这种不发散的强光--激光。
他们为此发表了重要论文，并获得1964年的诺贝尔物理学奖。
1960年5月15日，美国加利福尼亚州休斯实验室的科学家梅曼宣布获得了波长为0.69 43微米的激光，这是人类有史以来获得的第一束激光，梅曼因而也成为世界上第一个将激光引入实用领域的科学家。
1960年7月7日，梅曼宣布世界上第一台激光器诞生，梅曼的方案是，利用一个高强闪光灯管，来激发红宝石。
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。
前苏联科学家尼古拉·巴索夫于1960年发明了半导体激光器。
半导体激光器的结构通常由p层、n层和形成双异质结的有源层构成。
其特点是：尺寸小、p合效率高、响应速度快、波长和尺寸与光纤尺寸适配、可直接调制、相干性好。