激光简史
激光技术简介及发展历程介绍
激光技术简介及发展历程介绍激光技术简介及发展历程介绍世界上第一台激光器诞生于1960年，我国于1961年研制出第一台激光器，40多年来，激光技术与应用发展迅猛，已与多个学科相结合形成多个应用技术领域，比如光电技术，激光医疗与光子生物学，激光加工技术，激光检测与计量技术，激光全息技术，激光光谱分析技术，非线性光学，超快激光学，激光化学，量子光学，激光雷达，激光制导，激光分离同位素，激光可控核聚变，激光武器等等。
这些交叉技术与新的学科的出现，大大地推动了传统产业和新兴产业的发展。
一、激光技术应用简介激光加工技术是利用激光束与物质相互作用的特性对材料(包括金属与非金属)进行切割、焊接、表面处理、打孔、微加工以及做为光源，识别物体等的一门技术，传统应用最大的领域为激光加工技术。
激光技术是涉及到光、机、电、材料及检测等多门学科的一门综合技术，传统上看，它的研究范围一般可分为：1.冠钧激光加工系统。
包括激光器、导光系统、加工机床、控制系统及检测系统。
2.冠钧激光加工工艺。
包括切割、焊接、表面处理、打孔、打标、划线、微调等各种加工工艺。
激光焊接：汽车车身厚薄板、汽车零件、锂电池、心脏起搏器、密封继电器等密封器件以及各种不允许焊接污染和变形的器件。
目前使用的激光器有YAG激光器，CO2激光器和半导体泵浦激光器。
激光切割：汽车行业、计算机、电气机壳、木刀模业、各种金属零件和特殊材料的切割、圆形锯片、压克力、弹簧垫片、2mm以下的电子机件用铜板、一些金属网板、钢管、镀锡铁板、镀亚铅钢板、磷青铜、电木板、薄铝合金、石英玻璃、硅橡胶、1mm以下氧化铝陶瓷片、航天工业使用的钛合金等等。
使用激光器有YAG激光器和CO2激光器。
激光打标：在各种材料和几乎所有行业均得到广泛应用，目前使用的激光器有YAG激光器、CO2激光器和半导体泵浦激光器。
激光打孔：激光打孔主要应用在航空航天、汽车制造、电子仪表、化工等行业。
激光打孔的迅速发展，主要体现在打孔用YAG激光器的平均输出功率已由5年前的400w提高到了800w至1000w。
激光的发明与应用科幻成真
激光的发明与应用科幻成真激光（Laser）是一种产生、扩展和聚焦高度集中的光束的技术，它以其独特的特性和应用领域受到了广泛关注。
在现代科学技术中，激光被广泛应用于各个领域，从医疗到通信，从材料加工到娱乐，其应用范围远超过了我们的想象。
本文将介绍激光的发明、基本原理以及它在一些领域的应用。
激光的发明和基本原理激光的历史可以追溯到20世纪60年代，当时美国的西奥多·麦曼和查尔斯·汤进行了研究，并于1960年发明了第一台工作在可见光波段的激光器。
激光的原理基于受激辐射的过程，通过在激活介质中产生光子的放射来放大光束。
与其他光源相比，激光具有单色性、相干性和高亮度等独特属性，这使得它成为许多领域的理想选择。
激光的基本原理是通过激活介质中的原子或分子，使其处于激发态，当它们回到基态时，会释放出能量，产生光子。
这些光子在光学谐振腔中被放大，形成一束高度集中的光束。
激光的光束具有高度的定向性，可以聚焦到非常小的点上，这使得激光在许多精密应用中非常有用。
医疗应用激光在医疗领域有着广泛的应用。
例如，激光在眼科手术中被用于矫正视力问题，如近视和远视。
通过聚焦激光束来改变角膜的曲率，可以有效地改善视力。
激光还用于去除皮肤上的痣、疣、纹身等，同时激光还能用于减少术后疤痕的形成。
激光治疗还被应用于皮肤癌和其他癌症的治疗，通过聚焦激光束来破坏癌细胞。
通信应用现代通信技术中的光纤通信离不开激光的应用。
激光被用于激发光纤中的光子，使其随光纤传输。
通过调制激光的强度和频率，可以实现数字信号的传输。
光纤通信具有高速率、大容量和低损耗的优点，成为了现代通信技术中不可或缺的一部分。
材料加工激光在材料加工领域也有广泛的应用。
激光切割和焊接技术可以用于各种材料的加工过程，包括金属、塑料和陶瓷等。
激光切割和焊接方法具有高精度、高效率和无接触的特点，可以实现复杂形状的加工和精细焊接。
激光还可以用于材料的表面改性、打标和雕刻等工艺，提高了材料的质量和附加值。
激光的发展史
3/4/2019
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当时，哥仑比亚大学有一个由汤 斯（C.H.Townes）领导的辐射实验 小组，他们一直从事电磁方面以及 毫米辐射波的研究。1951年，汤斯 提出了微波激射器（Maser全称 Microwave Amplification by Stimulated Emission of Radiation） 的概念。经过几年的努力，1954年 汤斯和他的助手高顿（J. Cordon）、 蔡格(H. Zeiger)发明了氨分子束微 波激射器并使其正常运行。这为以 后激光器的诞生奠定了基础。
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3/4/2019
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20世纪30年代，人们 只对无线电波和微波 有较深研究。科学家 们把无线电波波长缩 短到十米以内，使得 世界性的通讯成为可 能。
3/4/2019
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随着速调管和空穴磁控管的发 明，科学家便对厘米波的性质进行 研究。二次世界大战中，由于射频 和光谱学的发展，辐射波和原子只 间的联系又重新被强调。大战期间， 科学家们发明并研制了雷达（战争 对雷达的制造起了推动的作用）。 从技术本身来说，雷达是电磁波向 超短波、微波发展的产物。大战以 后，科学家又开创了微波波谱学， 目的是探索光谱的微波范围并把其 推广到更短的波长。
3/4/2019
3/4/2019
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1958年，肖洛 （A.L.Schawlow）与汤 斯合作，率先发表了 在可见光频段工作的 激射器的设计方案和 理论计算。这又将激 光研究推上了一个新 阶段。
激光发展历程
激光发展历程激光的发展历程可以追溯到20世纪的早期。
在1917年，爱因斯坦通过他的理论物理学研究，提出了激光的理论基础。
但是直到20世纪50年代，人们才真正开始研究和开发激光技术。
在1954年，一位名叫Charles H. Townes的物理学家在他的实验室中首次发明了微波放大器，这是激光研究的重要里程碑。
随后的几年里，Townes与Arthur L. Schawlow合作，进一步研究激光的原理和技术。
1958年，Theodore Maiman成功地制造出了第一台工作的激光器。
这台激光器使用了合成的红宝石作为激光介质，它发射出了一束可见的红光，并被认为是真正的激光器的里程碑。
从那时起，激光技术迅速发展。
在1960年代初期，人们发明了更多种类的激光器，包括CO2激光器、氨氧化物激光器和液体激光器。
这些激光器的应用范围不断扩大，从科学研究到医疗、通信和材料加工等多个领域。
20世纪70年代，激光技术取得了更大的突破。
光纤激光器的发明使得激光在通信领域得到了广泛应用，成为传输和放大光信号的重要工具。
同时，激光器的价格也逐渐下降，使得激光技术更加普及和可行。
到了21世纪，激光技术已经成为现代社会不可或缺的一部分。
激光器被广泛应用于医疗领域，如眼科手术和皮肤治疗。
激光雷达在无人驾驶汽车和航空器中发挥着重要作用。
激光在制造业中的应用也越来越广泛，如激光切割、激光焊接和激光打印等。
总的来说，激光的发展历程经过了数十年的探索和研究，逐渐成为一项重要的技术和应用领域。
随着技术的不断发展，激光在未来将继续发挥更大的作用，并带来更多的创新和应用。
激光的基本原理及其特性课件
利用激光的强光束和冲击波去除物体 表面的污垢、油渍等，具有高效、环 保、无损伤等特点。
医疗美容
激光祛斑
利用激光的高能量将皮肤表面的色素 斑点去除，具有祛斑速度快、效果显
著、不留疤痕等特点。
激光脱毛
利用激光的高能量破坏毛囊的生长能 力，从而达到脱毛的效果，具有脱毛 效果好、速度快、安全可靠等特点。
高功率激光在工业、军事、医疗等领域有广泛应 用，如激光切割、激光雷达、激光武器等。
03 技术挑战
高功率激光器的稳定性和可靠性是技术挑战，需 要解决散热、光束质量等问题。
超快激光
01
02
03
超快激光的定义
超快激光是指脉冲宽度小 于某一阈值的激光器，通 常以皮秒或飞秒为单位。
应用领域
超快激光在科学研究ห้องสมุดไป่ตู้工 业制造、医疗等领域有广 泛应用，如光谱分析、微 纳加工、眼科手术等。
单色性好
总结词
激光具有极佳的单色性，其波长范围狭窄，光谱宽度极小。
详细描述
由于激光的频率高度单一，其光谱宽度非常狭窄，这意味着激光的光波波长范围非常稳定。这 种特性使得激光在光谱分析、精密测量等领域具有独特的优势。
亮度高
总结词
激光具有极高的亮度，其能量高度集中，亮度远高于普通光源。
详细描述
激光的亮度取决于其功率和光束面积的比值。由于激光的功率高且光束面积小 ，因此其亮度极高。这种特性使得激光在切割、焊接、打标等领域具有显著的 优势。
技术挑战
超快激光器的稳定性和重 复频率是技术挑战，需要 解决脉冲能量波动、脉冲 时间不稳定等问题。
光子晶体激光器
光子晶体激光器的定义
技术挑战
光子晶体激光器是一种基于光子晶体 原理的激光器，光子晶体是一种具有 周期性折射率变化的介质。
0.第三讲激光简史、发展与应用
1.1 激光简史
• 突破
– 1956年Nicolaas Bloembergen在 哈弗大学提出了固态微波激射器的 概念， 于1956年10月在Physical Review上发表了一片又决定意义的 文章，第一台成功的设备几个月后 在Bell实验室研制出来。
– 1958年Schawlow和Townes在 Physical Review Letters 上发表 论文“Infrared and Optical Maser”，标志着激光作为一种新 事物登上了历史舞台。
– 为什么各类第一台激光器都是诞生在IBM、 GE、BELL实验室？
1.2 激光的发展
• 发展
– 更大
• 为了进行高能物理、热 核聚变等方面的研究工 作，激光器产生的能量 密度和功率不断提高。
• 现在世界上功率最大的 激光器是美国的国家点 火工程（NIF）中使用的 NOVA激光系统，其峰 值功率达到1.3PW （1015W），该系统有 望在2010投入使用。
1.1 激光简史
– 1947年，Lamb和Reherford在氢原子光谱中发现了明显的受激 辐射，这是受激辐射第一次被实验验证。Lamb由于在氢原子光 谱研究方面的成绩获得1955年诺贝尔物理学奖；
"for his discoveries concerning the fine structure of the hydrogen spectrum"
1.2 激光的发展
– 更小
• 各种工业指示、标记、探测 用的半导体激光器或者半导 体泵浦固体激光器向着小型 化方向发展；
1.2 激光的发展
–更集成 各种通信用的
激光模块，往往 包含十几个甚至 几十个半导体激 光器，并且集成 了调制、功率检 测、温度监测等 功能模块。
激光发明过程中的故事
激光发明过程中的故事
激光是一项革命性的发明，它对于现代科学、工业、医疗和通信等领域产生了巨大的影响。
以下是激光发明过程中的一些故事。
1. 爱因斯坦的思考：激光的理论基础可以追溯到爱因斯坦在1917年提出的一项关于受激辐射的研究。
他提出了“受激辐射”（Stimulated Emission）的概念，即光子可以在受到外界光的
刺激时发射出与外部光同相位和同频率的光。
2. 华盛顿大学的实验：在1951年，美国华盛顿大学的物理学家Charlea H. Townes和James P. Gordon以及他们的学生Herbert J. Zeiger进行了一项关于微波的研究。
他们利用分子
的能级跃迁来产生一种放大微波的装置，这是激光器的前身。
3. 激光的首次实现：在1960年，美国的物理学家Theodore Maiman在加利福尼亚州的休斯研究实验室成功地制造出了第一台激光器。
他使用了红宝石晶体，并在其两端放置了两个半透明的镜子。
通过在晶体中打入光闪电，它会被晶体中的原子吸收并在放电处释放出来，从而产生了一个高度集中的、单色的、相干的光束。
4. 激光的广泛应用：激光在医疗、通信、制造业、科学研究等领域有着广泛的应用。
比如，激光可以用于进行眼科手术，矫正视力问题；在通信领域中，激光可以传送大量的数据，实现高速、高效的无线通信；在制造业中，激光可以用于切割、焊接和打印等工艺；在科学研究中，激光可以帮助科学家们进行
高精度的测量和实验。
激光的发明过程中充满了创新和合作，它的诞生将我们的生活带入了一个全新的时代。
激光的应用持续扩展，我们可以期待在未来看到更多关于激光的惊人发明和创新。
激光发展史
激光发展史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。
1953年，美国物理学家Charles Townes用微波实现了激光器的前身：微波受激发射放大。
1957年，GordonGould创造了“laser”这个单词，从理论上指出可以用光激发原子。
1958年，美国科学家肖洛（Schawlow）和汤斯（Townes）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，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。
1961年，中国第一台激光器诞生于王大珩领导的长春光机所。
1961年，激光首次在外科手术中用于杀灭视网膜肿瘤。
1962年，前苏联科学家尼古拉-巴索夫发明半导体二极管激光器，这是今天小型商用激光器的支柱。
1964年，我国著名物理学家王淦昌院士提出了激光核聚变的初步理论，从而使我国在这一领域的科研工作走在当时世界各国的前列。
激光简介
激光的发展简史20世纪初，著名物理学家爱因斯坦（A ．Einstein ）提出了受激辐射的概念，20世纪50年代初首先在微波波段实现了受激辐射的微波信号放大（Maser,Microwave amplification by stimulated emission of radiation ）。
但是要推广到光波波段存在着三大困难：首先，在共振腔内保持单一的电磁波波型，腔内尺寸应与波长同一量级，在微波波段容易实现，而在光波波段波长太短不易实现；其次，通过调节磁场强度，利用塞曼效应可实现频率调谐，而在光波波段调谐范围很小；最后，因为自发辐射跃迁几率正比于辐射频率的立方，在光波波段自发辐射产生噪声远高于微波波段。
1958年，肖洛（A ．L ．Schawlow ）和汤斯（C ．H ．Townes ）发表的论文中提出了在光波波段实现受激辐射的条件，向人们展示了获得激光的可能性。
他们设想了用两块平行安置的高反射率镜组成新式的共振腔，只让沿轴线方向传播的光形成共振模式，非轴向模式的光很快就逸出腔外而消失，从而控制了共振腔内模式的数目，并且大大降低了自发辐射噪声。
他们同时又提出了在共振腔内放入发光材料，用普通强光源泵浦，使原子激发到高能态，在原子从高能态自发辐射到低能态过程中，诱导其他处于高能态的原子产生受激辐射，并在共振腔内来回反射过程中，使与诱导光相同的光子以指数形式增加，实现激光振荡。
并且指出，要达到振荡状态，高能态的粒子必须比低能态的粒子数多（即粒子数反转）才有可能。
此后，各国科学家相继提出了各种实验方案。
1960年美国休斯敦实验室的梅曼（Mainman ）利用掺钕的红宝石晶体，用氙灯泵浦，于1960年5月制成了世界上第一台激光器。
1961年贾范（A ．Javan ）发明了第一台气体激光器；1962年出现了半导体激光器，1964年帕特尔（C ．Patel ）发明了第一台CO2激光器；1965年贝尔实验室发明了第一台YAG 激光器。
激光的发明与应用科幻成真
激光的发明与应用科幻成真激光（Laser）作为一种高度聚焦的光束，具有单色性、相干性和高能量密度等特点，被广泛应用于医疗、通信、军事、材料加工等领域。
其发明与应用不仅改变了人类生活方式，更让许多科幻作品中的设想逐渐成为现实。
本文将探讨激光的发明历程以及在各个领域中的神奇应用。
激光的发明历程激光的发明可以追溯到20世纪50年代初，由美国物理学家查尔斯·汤斯等人首次提出。
1958年，泰德·范扎及其团队首次制备出激光器，正式开启了激光技术的研究与应用之路。
随后，激光技术得到了快速发展，逐渐应用于各个领域。
激光作为一种“光之刀”，其高能量密度和精准聚焦的特性使其具有许多独特的应用价值。
医疗领域中的应用在医疗领域，激光技术被广泛运用于治疗、手术和诊断。
比如激光手术可以在不开刀的情况下治疗眼部疾病，如白内障和近视等。
同时，激光还可以被用来进行准确的肿瘤切除手术，减少对周围组织的伤害，并且具有较快的恢复速度。
通信领域中的应用在通信领域，激光技术是实现光纤通信的关键。
激光器产生的高强度单色光束能够在长距离传输时几乎不损失信号质量，保证了信息传输的可靠性和稳定性。
同时，激光通信具有传输速度快、带宽大等优势，成为现代通信领域不可或缺的技术手段。
军事领域中的应用在军事领域，激光武器已经逐渐成为重要的作战装备。
激光导弹能够精准制导目标并减少误伤风险；激光平台可以进行远距离目标识别和精确定位；激光防御系统可以有效拦截来袭武器等。
激光技术在提升军事实力、保障国家安全方面发挥着重要作用。
材料加工领域中的应用在材料加工领域，激光被广泛应用于切割、焊接、打孔等工艺。
比如利用高能量密度的激光束进行金属材料切割，可以实现快速、高效、精准地加工；利用激光焊接技术可以实现对材料表面的精细焊接，保证焊接部位无气孔、无裂缝。
总的来说，在医疗、通信、军事以及材料加工等诸多领域中，激光技术都发挥着至关重要的作用。
从最初的实验室研究到现今广泛应用于工业生产及高科技产品中，激光技术经历了漫长而辛苦的探索过程，在不断完善中推动着科技进步和社会发展。
激光史
激光理论
速率方程理论
半经典理论
全量子理论
速率方程理论 ：（ｒａｔｅ ｅｑｕａ－ｔｉｏｎ ｔｈｅｏｒｙ）， 用 耦 合的增益介质反转密度随 时 变化的速率的 方 程， 以 及 每 个 腔 模 的 光 子 数 密 度 随时间变化的速率的方程来描述激光器运转的动力学行 为。 半经典理论：（ｓｅｍｉｃｌａｓｓｉｃａｌ ｔｈｅｏｒｙ） ． 在 这 种 理 论 中 光 场 用 麦 克 斯 韦 方 程 描述， 即看成经典电磁场， 而增 益介质则用量子力学描述， 两者的 联 系 在 麦 克 斯 韦 方 程 的 源 项— 偶 极矩项。 全量子理论（ｆｕｌｌ ｑｕａｎｔｕｍ ｔｈｅｏｒｙ） ． 激光 全量子 理论不只是将光场和增益介质的原子系 统 都 用 量 子 理 论 处 理， 而 且 还 计 及 了周边环境 （ 概 括 成 “ 热 库 ”，ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ） 分 别 对 光 场和原子系统 的 阻 尼 及 带 来 的 量 子 起 伏。
激光史大事记
1916年， 爱因斯 坦首次 提出了 “ 受激 辐射” 的概念
１９４ ６ 年布 洛赫第 一次实 现了人 造的布 居数反 转
１９５ ４年 汤斯 制成 了氨 分子 微波 激射 器
１９６０ 年真 是 激 光 器 问 世 的 蜂 拥 之 年 ！ 梅 曼的红宝石 激 光 器 虽 然 拔 得 头 筹， 但 紧 接 着 １１ 月ＣａＦ２ ：Ｕ３＋ 激光 器跟 着 问 世，１２ 月 Ｈｅ－Ｎｅ 激 光 器也宣布成功．
展望未来
激光是一种自然界原本不存在的，因受激而发出的具有方向性好、亮度 高、单色性好和相干性好等特性的光。激光是 20 世纪以来 ， 继原子能 、 计算机 、 半导体之后 ， 人类的又一重大发明 ， 被称为 “ 最快的 刀 ” 、 “ 最准的尺 ” 、 “ 最亮的光 ” 和 “ 奇异的激光 ” 。 激光技术是一项前沿科学技术发展不可缺少的支柱 。 作为光电子主导产 品的激光器的发展 ， 经历了原理上的四次变革 ， 体积日益变小 ，功率 不断增大 ， 可靠性和功率得到了很 大的提高 。 半导体二级管激光器和 固体激光器技术和发展十分迅速 ， 其中最为突出的进展是固态化。 现 今， 固体激光器的平均输出功率已从百瓦级提高到了千瓦级 。 半导体 激光器的功率也有很大提高 ， 其结构和其他性能也正在经历重大变化。 我国的科技人员应该趁此机会去发展 ， 去掌握自已的创新机遇和自有 技术专利 ！
激光技术的发展与应用
激光技术的发展与应用在21世纪，激光技术得到了广泛的应用。
激光技术是一种能量极高的光源，它能够提供聚焦、切割、治疗和测量等多种功能。
本文旨在探讨激光技术的发展与应用。
一、激光技术的发展史激光技术的历史可以追溯到1958年，当时美国物理学家魏曼(W. Maiman)首次制造了一种获得激光光束的器件——宝石激光体(system). 直到1960年，美国贝尔实验室的研究人员成功地发明了一种类气体分子激光器，标志着激光技术进入了实用阶段。
之后，激光技术被广泛应用于医疗、通讯、军事、制造等领域。
二、激光技术的应用领域1.医疗领域激光可以在医疗领域中起到许多作用。
比如，对于癌症和其他组织的治疗，激光可以运用其热性质动态地摧毁恶性组织和肿瘤。
另外，激光技术可用于美容整形手术，如脱毛、除皱、抽脂、永久性化妆等。
2.通讯领域激光还被广泛用于通讯领域。
利用光感应器和激光来发射信号，可以使光信号传送得更远、更稳定，而不易受到电磁干扰的影响。
此外，激光还可以应用于光纤通讯技术，因为其能够在纤维内传输信号。
3.军事领域激光技术在军事领域也有广泛的应用，如激光导弹的瞄准和隐身系统（可以隐藏无人机的发射源）。
激光雷达也可以用于探测物体的位置，甚至可以穿透云层来进行侦察。
4.制造领域激光技术也被广泛用于制造领域。
利用激光进行精细切割和精细焊接可以提高工业生产效率。
此外，研究人员也利用激光进行3D打印，这为工艺制造领域提供了新的思路和工具。
三、未来展望随着新材料的发展和激光技术的日益成熟，激光技术将会在更广泛的领域中发挥作用。
比如，激光技术可以被应用在量子计算机和人工智能等领域，从而推动科学与技术的发展。
总之，激光技术的发展和应用一直在不断地拓展新的领域。
尽管激光技术还存在许多问题，如高能耗和高成本等，但是这仅是一个技术发展的过程。
我们有理由相信，在不久的将来，激光技术必然会在各个领域中有更广泛的应用。
激光简史及应用
激光简史及应学号2013210006用姓名杨策目录一——激光发展简史1.1 爱因斯坦提出受激辐射概念1.2 负色散的研究1.3 微波激射器的发明1.4 激光的设想二——激光的应用摘要：按照激光探头是否与激光作用的物质接触，分为接触式和非接触式两种工作模式。
激光应用的领域，主要有工业、医疗、商业、科研、信息和军事六个领域。
关键字：激光、受激辐射、负色散、微波激射器、电磁波辐射一、激光发展简史激光是20世纪中叶以后近二三十年内发展起来的一门新兴科学技术。
它是现代物理学的一项重大成果，是20世纪量子理论、无线电电子学、微波波谱学以及固体物理学的综合产物，也是科学与技术、理论与实践紧密结合产生的灿烂成果。
激光科学从它的孕育到初创和发展，凝聚了众多科学家的创造智慧。
他们的探索精神，值得我们认真学习和总结。
§1.1 爱因斯坦提出受激辐射概念激光的理论基础早在1916年就已经由爱因斯坦奠定了。
他以深刻的洞察力首先提出了受激辐射的概念。
所谓受激辐射的概念是这样的：处于高能级的原子，受外来光子的作用，当外来光子的频率正好与它的跃迁频率一致时，它就会从高能级跳到低能级，并发出与外来光子完全相同的另一光子。
新发出的光子不仅频率与外来光子一样，而且发射方向、偏振态、位相和速率也都一样。
于是，一个光子变成了两个光子。
如果条件合适，光就可以象雪崩一样得到放大和加强。
特别值得注意的是，这样放大的光是一般自然条件下得不到的“相干光”。
爱因斯坦是在论述普朗克黑体辐射公式的推导中提出受激辐射概念的。
这篇论文题为《辐射的量子理论》，发表在德文《物理学年鉴》上。
爱因斯坦在玻尔能级理论的基础上进一步发展了光量子理论，他不但论述了辐射的两种形式：自发辐射和受激辐射，而且也讨论了光子与分子之间的两种相互作用：能量交换和动量交换，为后来发现的康普顿效应奠定了理论基础。
不过爱因斯坦并没有想到利用受激辐射来实现光的放大。
因为根据玻尔兹曼统计分布，平衡态中低能级的粒子数总比高能级多，靠受激辐射来实现光的放大实际上是不可能的。
激光简史发展与应用课件
通过激光束与材料的相互作用，使材料迅速熔化并形成焊缝。激光焊接具有速度快、精度高、变形小等优点，在汽车、 航空航天等领域得到广泛应用。
激光打标 利用激光在物体表面留下永久性的标记，如文字、图案、二维码等。激光打标具有速度快、精度高、无 污染等优点，在电子、食品、医药等行业得到广泛应用。
医疗领域的应用
科研2
激光干涉测量
03
非线性光学
利用激光的高单色性、高亮度等特点， 研究物质的光谱特性。激光光谱学在 化学、物理、生物等领域发挥重要作 用。
通过激光干涉现象，实现高精度测量。 这种方法在长度计量、表面形貌测量 等领域具有广泛应用。
研究强光场与物质相互作用产生的非 线性效应，如二次谐波、光学参量振 荡等。非线性光学在激光频率转换、 光信号处理等方面具有重要应用。
激光简史发展与应用课件
目录
• 激光的概述和简史 • 激光的技术原理 • 激光的类型和器件 • 激光的应用 • 激光的未来发展和挑战
01 激光的概述和简 史
激光的定义和特性
定义
激光是“光放大通过受激发射辐射” 的简称，它是一种特殊的光源，具有 高强度、高单色性、高方向性和高相 干性等特点。
特性
不同于普通光源，激光具有亮度极高、 颜色单一、方向性好、相干性优等特 性。它在光学、微纳加工、通讯、医 疗等诸多领域有着广泛的应用。
激光的发现和早期发展
早期探索
人类对光的放大和探索可以追溯到20世纪初，但直到1950年 代，物理学家才开始研究如何通过受激发射实现光放大。
梅曼的实验
1960年，美国物理学家西奥多·梅曼成功制造了第一台红宝石 激光器，并产生了人类历史上的第一束激光。这一成果被誉 为20世纪最重要的科学发现之一。
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。
激光的发展历程
激光的发展历程激光技术的发展历程可以追溯到20世纪50年代。
1958年，美国物理学家塞奇托夫首次实现了激光的工作原理，他采用了一种用于激发铷原子的光波导激光器，成功地将光能转化为激光能。
这一成果打开了激光技术的发展之门。
随着时间的推移，激光技术得到了不断的改进和完善。
1960年，波镖和茂朗分别发明了激光器和闪光激光器，为激光技术的实际应用奠定了基础。
同时，科学家们也发现了激光的独特特性，如单色性、相干性和定向性。
这些特性使得激光在多个领域具有广泛的应用前景。
在医疗领域，激光技术被广泛应用于手术和治疗。
1961年，美国科学家楚威拉在实验中发现，激光能够切割组织而不会导致出血，从而开创了激光手术的先河。
随后，激光在眼科手术、皮肤美容等领域得到了广泛应用。
在通信领域，激光技术也有了重要的突破。
1962年，美国物理学家塞奇托夫成功地实现了激光通信的原理，从而开启了光通信的时代。
激光通信具有大带宽、低传输损耗和抗干扰等特点，被视为现代通信技术的重要组成部分。
此外，在制造业和科学研究领域，激光技术也发挥着重要的作用。
激光切割、激光焊接和激光打印等技术在制造业中得到广泛应用，提高了生产效率和产品质量。
激光光谱分析、激光原子和分子光谱等技术则使得科学家们更深入地研究了物质的结构和性质。
随着激光技术的快速发展，各个领域对激光的需求不断增加，科学家们也在不断推动激光技术的前沿研究。
现在，激光已经成为一种重要的科学工具和技术手段，催生了激光雷达、激光投影仪、激光显示器等各种产品。
然而，激光技术的发展还面临着一些挑战。
激光器的体积相对较大，成本较高，同时激光安全性也需要得到更好的保障。
科学家们正致力于研究新的激光器材和控制技术，以提高激光器的效率和性能。
总的来说，激光技术的发展经历了半个多世纪的努力和积累。
从最初的概念证明到现在的实际应用，激光技术已经在各个领域得到了广泛的应用。
激光技术不仅提高了生产效率，改善了产品质量，而且在医疗、通信和科学研究等方面也带来了巨大的进展。
laser
反射镜的一个作用是使光沿工作物质轴线在反射镜间来回反射， 反射镜的一个作用是使光沿工作物质轴线在反射镜间来回反射，每 经过一次工作物质光就得到一次放大，被反射回到工作物质的光， 经过一次工作物质光就得到一次放大，被反射回到工作物质的光，继续 诱发新的受激辐射，光在谐振腔内来回振荡，造成连锁反应， 诱发新的受激辐射，光在谐振腔内来回振荡，造成连锁反应，雪崩式地 获得放大。受激辐射的起始光信号来源于自发辐射， 获得放大。受激辐射的起始光信号来源于自发辐射，而自发辐射的光包 含较大的波长范围，这样较大范围的波长都有可能被放大， 含较大的波长范围，这样较大范围的波长都有可能被放大，从而导致了 非单一波长的光输出。在反射镜上镀一层对一定波长光具有反射率的薄 非单一波长的光输出。 使只有该波长的光才能在谐振腔内来回反射， 膜，使只有该波长的光才能在谐振腔内来回反射，而其它波长的光在经 过一次反射镜时就逸出腔外。 过一次反射镜时就逸出腔外。
激光器工作过程
LD发出的808nm的激光经过光学耦合系统，聚焦 到激光介质中（焦点在介质内，离介质前端面 1mm左右），被介质所吸收，1064nm的激光在 由激光介质的前端面和输出镜形成的谐振腔中振 荡，经过KTP/LBO晶体时产生532nm的倍频光， 经由耦合镜输出。
所谓光学谐振腔，实际上是在激光器两端， 所谓光学谐振腔，实际上是在激光器两端，面对面地装上两块 反射率很高的平面镜，一块平面镜对光几乎全反射， 反射率很高的平面镜，一块平面镜对光几乎全反射，另一块则让光 大部分反射，少部分透射出去，以使激光可透过这块镜子而射出。 大部分反射，少部分透射出去，以使激光可透过这块镜子而射出。 光在放大介质中经历的路程越长，和越多的原子发生作用，才能获 光在放大介质中经历的路程越长，和越多的原子发生作用， 得越有效的光放大。但是把工作物质作得无限长是不现实的。 得越有效的光放大。但是把工作物质作得无限长是不现实的。
激光技术的发展史和应用前景
激光技术的发展史和应用前景激光技术是一种应用广泛的高科技技术，它采用能量高、波长短、光束单色性好的激光器作为光源，利用一系列先进的技术和设备进行调制和控制，实现对光束的加工、控制与运用。
自20世纪60年代普及以来，激光技术在医疗、通讯、测量等领域得到了广泛的应用，并且随着技术的不断创新和发展，激光技术的应用前景越来越广阔。
一、激光技术的发展史1960年，美国贝尔实验室霍维茨（T. H. Maiman）首次发明实现激光辐射的反馈放大器，开创了激光技术的先河。
此后，激光技术得到了迅速的发展。
20世纪60年代末，瓦特（G. N. Harding）研制出了首台稳定、高功率的气体激光器，开创了激光技术的大功率时代。
随着50年代长寿命的半导体材料的开发，半导体激光器也应运而生。
70年代，激光技术开始进入实际应用阶段，激光剥离外科手术器已经问世，切割、打孔、打标、焊接等工艺也逐渐成熟。
随着电子技术的飞速发展，激光技术也得到了不断的改进和发展。
今天，激光器已经广泛应用于通讯、测量、加工、医学等广泛领域。
激光脱发技术、激光治疗技术、激光治疗青春痘技术等光学应用广泛，许多光学材料的应用，如金属玻璃、非晶态材料、光纤等也在发展中。
二、激光技术的应用前景1. 医学领域激光技术在医学领域的应用主要涉及到光谱学、照射、成像等技术。
近年来，激光手术设备的技术水平已经非常高，可以实现对癌细胞、良性瘤、血管疾病等的高精度治疗。
此外，激光脱发技术、激光治疗技术、激光治疗青春痘技术等也在日常生活中得到了广泛的应用，因此这一领域的研究前景十分广阔。
2. 通讯领域激光通讯技术是一种利用激光在空气中传播的通讯方式，它具有传输范围广、传输距离远、传输容量大等优点。
随着无线技术的不断发展，激光通讯技术也成为了一种重要的通讯方式。
据统计，激光通讯已经开始进入实用化应用阶段，在国防、商业、科学研究等领域都得到了广泛应用。
3. 加工领域激光加工是一种利用激光切割、打孔、打标和焊接等工艺加工材料的一种方法。
激光发展史
生物和医学应用
23
谢谢观看
13
激光技术发展简史之三
激光应用技术
信息技术方面的应用：光通讯，光存储，光放大，光计算， 光隔离器 检测技术方面的应用：测长，测距，测速，测角，测三维 形状 激光加工：焊接，打孔，切割，热处理，快速成型 医学应用：外科手术，激光幅照（皮肤科、妇产科），眼 科手术，激光血照仪，视光学测量 科学研究方面的应用：激光核聚变，重力场测量，激光光 谱，激光对生物组织的作用，激光制冷，激光诱导化学过 程等等
激光发展史
1
激光
激光：Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation （Laser）。 激光是光的受激辐射。
激光的特点：单色性好,方 向性好；相干性好；亮度高.
基本沿某一条直线传播,通 常发散角限制在10-6球面度 量级的立体角内.
2
激光技术发展简史
理论基础： 爱因斯坦的光子学说 (1905)； 波粒二象性(1909) 辐射理论(1917)：提出 了受激辐射的概念，预 测到光可以产生受激辐 射放大。
Einstein
5
激光技术发展简史之一
理论基础： R.C.Tolman指出： 具有粒子数反转的介 质具有光学增益（产 生激光的基本条件之 一）（1924）。
8
激光技术发展简史之一
美国休斯公司实验室一位从事 红宝石荧光研究的年轻人梅曼 在1960.5.16利用红宝石棒首 次观察到激光；
梅曼在7月7日正式演示了世 界第一台红宝石固态激光器；
他在Nature(8月16日)发表了 一个简短的通知。
Maiman
9
激光技术发展简史之一
Maiman的第一台激光器
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1.1.1激光发展的历史 1.1.1激光发展的历史
1947年 兰姆(Lamb) 雷瑟福(Reherford) 1947年,兰姆(Lamb)和雷瑟福(Reherford)在氢 原子光谱中发现了明显的受激辐射, 原子光谱中发现了明显的受激辐射,这是受激辐射第 一次被实验验证.Lamb由于在氢原子光谱研究方面 一次被实验验证.Lamb由于在氢原子光谱研究方面 的成绩获得1955年诺贝尔物理学奖 年诺贝尔物理学奖; 的成绩获得1955年诺贝尔物理学奖; "for his discoveries concerning the fine structure of the hydrogen spectrum" 1950年 法国物理学家卡斯特勒(Kastler) 1950年,法国物理学家卡斯特勒(Kastler)提出了光 学泵浦的方法,两年后该方法被实现.他因为提出了 学泵浦的方法,两年后该方法被实现. 这种利用光学手段研究微波谐振的方法而获得诺贝尔 "for the discovery and development of 奖. optical methods for studying Hertzian resonances in atoms"
1.1.1激光发展的历史 1.1.1激光发展的历史
1960年年中,IBM实验室利用 1960年年中,IBM实验室利用CaF2中的三价铀制成了 实验室利用CaF 年年中 第一台四能级固体激光器; 第一台四能级固体激光器; 1960年12月 BELL实验室的 1960年12月,BELL实验室的Javan,Bennett和Herriott 实验室的Javan,Bennett和 制成了第一台氦氖气体激光器; 制成了第一台氦氖气体激光器; 1962年 GaAs半导体激光器 1962年,GaAs半导体激光器; 半导体激光器; 1963年 液体激光器; 1963年,液体激光器; 1964年 1964年,CO2激光器; 激光器; 1964年 离子激光器; 1964年,ห้องสมุดไป่ตู้子激光器; 1964年 Nd:YAG固体激光器 1964年,Nd:YAG固体激光器; 固体激光器; 1965年 HCl化学激光器 1965年,HCl化学激光器; 化学激光器; 1966年 生物染料激光器; 1966年,生物染料激光器;
激光发展的历史
什么是激光? 什么是激光? LASER: LASER:
Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation
激光: 激光:
受激辐射光放大 辐射光
1.1.1激光发展的历史 1.1.1激光发展的历史
20世纪初,出现了黑体辐射,原子线状光谱, 20世纪初,出现了黑体辐射,原子线状光谱, 光电效应,光化学反应和康普顿散射等实 验现象,这些涉及到光与物质相互作用时 能量与动量交换特征的就无法用当时的经 典理论来解释.
1.1.1激光发展的历史 1.1.1激光发展的历史
1951年 汤斯(Townes)提出受激辐射微波放大, 1951年, 汤斯(Townes)提出受激辐射微波放大,即 MASER的概念 MASER的概念. 的概念. 1952 年,韦伯(F.Weber)在著名光谱学家赫兹堡主持 韦伯(F.Weber) 的受激辐射讨论会上得到启示, 的受激辐射讨论会上得到启示,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. 诱发原子或分子,从而放大电磁波的思想.他提出了 微波激射器的原理. 微波激射器的原理. 1954年 第一台氨分子Maser建成 1954年,第一台氨分子Maser建成,首次实现了粒子数 建成, 反转,其主要作用是放大无线电信号, 反转,其主要作用是放大无线电信号,以便研究宇宙 背景辐射.Townes由于在受激辐射放大方面的成就获 背景辐射.Townes由于在受激辐射放大方面的成就获 1964年诺贝尔物理学奖 年诺贝尔物理学奖. 得1964年诺贝尔物理学奖.
"for fundamental work in the field of quantum electronics, which has led to the construction of oscillators and amplifiers based on the maser-laser principle"
1.1.1激光发展的历史 1.1.1激光发展的历史
1913年 1913年,玻尔借鉴了普朗克的量子概念提出了全新的原子 结构模型,并因此获得1922年诺贝尔物理学奖 年诺贝尔物理学奖; 结构模型,并因此获得1922年诺贝尔物理学奖; "for his services in the investigation of the structure of atoms and of the radiation emanating from them"
1.1.1激光发展的历史 1.1.1激光发展的历史
黎明前的黑暗
1900年 普朗克提出了能量量子化概念, 1900年,普朗克提出了能量量子化概念,并因此获得 1918年诺贝尔物理学奖; 1918年诺贝尔物理学奖; 年诺贝尔物理学奖 "in recognition of the services he rendered to the advancement of Physics by his discovery of energy quanta" 1905年 爱因斯坦提出光子假说并成功解释了光电效应, 1905年,爱因斯坦提出光子假说并成功解释了光电效应, 并因此获得1921年诺贝尔物理学奖 年诺贝尔物理学奖; 并因此获得1921年诺贝尔物理学奖; "for his services to Theoretical Physics, and especially for his discovery of the law of the photoelectric effect"
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1917年 爱因斯坦在玻尔的原理结构基础上, 1917年,爱因斯坦在玻尔的原理结构基础上,提出了受激辐 射理论,为激光的出现奠定了理论的基础; 射理论,为激光的出现奠定了理论的基础; 1928年 Landenburg证实了受激辐射和 负吸收" 1928年,Landenburg证实了受激辐射和"负吸收"的存在 证实了受激辐射和" 并利用贾民(Jamin)干涉仪求出了色散系数; 并利用贾民(Jamin)干涉仪求出了色散系数;
1.1.1激光发展的历史 1.1.1激光发展的历史
突破
1958年肖落(Schawlow)和汤斯(Townes) 1958年肖落(Schawlow)和汤斯(Townes)在Phy. 年肖落 Rev. 上发表论文"Infrared and Optical Maser",标志 上发表论文" Maser" 着激光作为一种新事物登上了历史舞台. 着激光作为一种新事物登上了历史舞台. 1960年 1960年5月,休斯实验室的梅曼(Maiman)和兰姆 休斯实验室的梅曼(Maiman) Lamb)共同研制的红宝石激光器发出了694.3nm的 (Lamb)共同研制的红宝石激光器发出了694.3nm的 红色激光,这是公认的世界上第一台激光器. 红色激光,这是公认的世界上第一台激光器.