激光原理与技术
激光原理与技术习题答案
激光原理与技术习题答案激光是一种特殊的光，它具有高度的单色性、相干性、方向性和亮度。
激光技术是现代物理学的一个分支，广泛应用于通信、医疗、工业加工等多个领域。
为了更好地理解激光原理与技术，我们通常会通过习题来加深理解。
以下是一些激光原理与技术的习题答案，供参考。
习题1：解释激光的产生机制。
激光的产生基于受激辐射原理。
当原子或分子被外部能量激发到高能级后，它们会自发地返回到较低的能级，并在此过程中释放出光子。
如果这些光子能够被其他处于激发态的原子或分子吸收，就会引发更多的受激辐射，形成正反馈机制，最终产生相干的光束，即激光。
习题2：描述激光的三个主要特性。
激光的三个主要特性是：1. 单色性：激光的波长非常窄，频率非常一致，这使得激光具有非常纯净的光谱特性。
2. 相干性：激光束中的光波在空间和时间上具有高度的一致性，使得激光束能够保持稳定的光强和方向。
3. 方向性：激光束的发散角非常小，几乎可以看作是平行光束，这使得激光能够聚焦到非常小的点上。
习题3：解释激光在通信中的应用。
激光在通信中的应用主要体现在光纤通信。
光纤通信利用激光的高亮度和方向性，通过光纤传输信息。
光纤是一种透明的玻璃或塑料制成的细长管，激光在其中传播时损耗非常小，可以实现长距离、大容量的信息传输。
激光通信具有抗干扰性强、传输速度快等优点。
习题4：讨论激光在医疗领域的应用。
激光在医疗领域的应用非常广泛，包括激光手术、激光治疗和激光诊断等。
激光手术可以用于精确切除病变组织，减少手术创伤；激光治疗可以用于治疗皮肤病、疼痛管理等；激光诊断则可以用于无创检测和成像，提高诊断的准确性。
习题5：解释激光冷却的原理。
激光冷却是利用激光与原子或分子相互作用，将它们冷却到接近绝对零度的过程。
当激光的频率略低于原子或分子的自然频率时，原子或分子吸收光子后会向激光传播的反方向运动，从而损失动能。
这个过程被称为多普勒冷却。
通过这种方法，可以实现对原子或分子的精确控制和测量。
有关激光原理的外文书籍
有关激光原理的外文书籍《激光原理与技术》是一本关于激光原理的外文书籍，该书由美国科学家Charles H. Townes 和Arthur L. Schawlow撰写，是激光技术领域中的经典著作之一。
该书以清晰的语言和简洁的篇幅系统地介绍了激光的基本原理、激光器的工作原理以及激光应用的各个方面。
《激光原理与技术》一书首先介绍了激光的物理原理和基本概念。
书中解释了激光是如何通过受激辐射产生的，包括电子跃迁、能级结构和受激辐射的原理。
此外，书中还介绍了激光器的各个组成部分，如激光介质、激活器和谐振腔，并详细解释了它们的功能和工作原理。
该书还对激光器的特性和参数进行了深入的讨论。
它详细介绍了激光器的增益、发射波长、频宽、发射模式等性能指标，并解释了它们对激光器工作性能的影响。
此外，书中还介绍了激光器的束斑质量、光束发散角度等重要参数，并探讨了它们与激光器的谐振腔和输出成型器件的关系。
此外，《激光原理与技术》还对激光技术的应用进行了全面介绍。
书中详细讨论了激光在通信、医学、材料加工、测量和科学研究等领域的应用，包括激光器的器件设计、激光系统的构建以及应用案例的描述。
此外，书中还涵盖了激光器的性能优化、激光系统的稳定性和激光安全等内容，使读者能够全面认识和理解激光技术的应用前景和挑战。
《激光原理与技术》一书在激光技术领域具有广泛的影响力和应用价值。
它深入浅出地介绍了激光的基本原理和工作原理，提供了一种全面理解和掌握激光技术的途径。
此外，该书还以清晰的章节划分和简洁的语言风格，为读者提供了一个系统学习和研究激光技术的参考工具。
总之，通过《激光原理与技术》这本外文书籍，读者可以全面了解和深入理解激光的原理、激光器的工作原理以及激光技术的应用。
它不仅对激光技术领域的学者和研究人员具有重要的参考价值，对于从事相关应用工作的工程师和技术人员也具有实际的指导意义。
激光原理与技术
激光的光化学效应与光生物效应
光化学效应
激光能够激发化学反应，改变物质的化学性 质。光化学效应在光催化、光合成等领域具 有重要应用，如利用激光诱导化学反应合成 新材料。
光生物效应
激光对生物组织的作用，包括光热作用、光 化学作用和光机械作用等。光生物效应可用 于激光治疗、光遗传学等领域，如利用激光 进行视网膜修复、神经刺激等。
激光的特性
激光具有一系列独特的特性，如方向性好、亮度高、单色性好和相干性好等。这些特性使得激光在科学研 究、工业生产、医疗诊断等领域具有广泛的应用价值。
02
激光器类型与技术
固体激光器
01
02
03
晶体激光器
使用掺杂有激活离子的晶 体作为工作物质，如 Nd:YAG激光器。
玻璃激光器
以玻璃为基质，掺入激活 离子制成的激光器，如钕 玻璃激光器。
变换特性
利用光学系统，如透镜组、反射镜、波片等，可以对激光束进 行变换，如扩束、缩束、旋转、偏振状态改变等。
激光束的聚焦与整形
聚焦特性
通过透镜或反射镜等聚焦元件，可以将激光束聚焦到极小的焦点上，实现高能量密 度的集中。聚焦后的激光束可用于切割、焊接、打孔等高精度加工。
整形特性
利用特定的光学元件或算法，可以对激光束进行整形，如生成特定形状的光斑、实 现均匀照明等。整形后的激光束可应用于光刻、显示等领域。
激光治疗
利用激光的生物刺激效应，对病 变组织进行照射，以达到治疗目
的。
激光手术
使用激光代替传统手术刀进行手 术，具有精度高、出血少、恢复
快等优点。
激光美容
通过激光照射肌肤，改善皮肤质 地、去除色斑、减少皱纹等。
激光通信技术
光纤通信
激光原理与技术
激光原理与技术
激光，全称为“光电子激射”，是一种具有高度相干性、高能量密度和直线传播特性的光。
激光技术作为一种重要的现代科技应用，已经在医疗、通信、制造、军事等领域得到广泛应用。
本文将从激光的原理和技术两个方面来进行介绍。
激光的原理主要基于激光器的工作原理，激光器是产生激光的装置。
常见的激光器有气体激光器、固体激光器、半导体激光器等。
激光器的工作原理是利用受激辐射将外界能量转化为光能，然后通过光放大器放大，最终形成激光。
其中，受激辐射是指原子或分子受到外界光的作用，从基态跃迁到激发态，然后在受到外界光的作用下，从激发态跃迁回基态并释放出光子。
这一过程是激光产生的基础。
激光技术主要包括激光加工、激光医学、激光通信等多个方面。
激光加工是指利用激光对材料进行切割、焊接、打孔等加工过程。
激光医学则是利用激光技术进行医疗治疗，如激光手术、激光美容等。
激光通信则是利用激光进行通信传输，具有传输速度快、信息容量大等优点。
除此之外，激光雷达、激光测距、激光制导等技术也在军事领域得到了广泛应用。
总的来说，激光技术作为一种重要的现代科技，已经在各个领域得到了广泛应用。
随着科技的不断进步，相信激光技术在未来会有更加广阔的发展空间，为人类社会带来更多的便利和进步。
光电子技术课件二激光原理和技术
其他非线性光学效应简介
光学整流
光学整流是指利用非线性光学效应将交流光信号转换为直 流电信号的过程。它在光通信、光计算等领域有潜在应用 。
光学参量振荡（OPO）
OPO是一种基于非线性光学效应的频率转换技术，可以实 现宽调谐范围、高效率的激光输出。它在激光雷达、光谱 学等领域有广泛应用。
四波混频（FWM）
工作原理
通过电流注入半导体芯片，使芯片内的电子和空穴复合并释放出能 量，形成激光振荡并输出激光。
特点
具有体积小、重量轻、效率高、寿命长等优点，广泛应用于通信、 工业加工等领域。
03
激光束特性及参数测 量
激光束空间分布特性
高斯光束
基模高斯光束是激光束的 典型空间分布形式，具有 中心光强最大、向外逐渐 减小的特点。
相位调制与解调方法
相位调制
通过改变激光束的相位来加载信息。这通常使用电光调制器（如Pockels效应调制器）来实现。
相位解调
从接收到的激光信号中提取相位变化的信息。常见的方法包括使用干涉测量技术，如Mach-Zehnder干涉仪或 Michelson干涉仪。
05
非线性光学效应在激 光技术中应用
二次谐波产生（SHG）原理及应用
02
激光器结构与工作原 理
固体激光器
固体激光器的构成
特点
通常由激光工作物质、泵浦源、光学 谐振腔等部分组成。
具有体积小、重量轻、效率高、寿命 长等优点，广泛应用于科研、工业、 医疗等领域。
工作原理
通过泵浦源提供能量，使激光工作物 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 并输出激光。
新型高功率高能量密度激光技术
随着新型激光材料、新型激光器等技术的不断发展，高功率高能量密度激光技术将不断取 得新的突破。
激光原理与技术的名词解释
激光原理与技术的名词解释激光（Laser）是一种通过光的放大和受激辐射而产生的高度聚焦的、单色的、高能量的光束。
激光技术是一项重要的现代科学技术，广泛应用于医疗、通信、制造业等领域。
本文将从激光原理、激光器种类、激光应用等方面对激光技术进行深入解释。
激光原理是指通过特定的装置和工作介质来产生激光的物理过程。
激光原理的关键在于能级跃迁和受激辐射。
能级跃迁是指原子或分子在受到外界能量激发后，电子从低能级跃迁到高能级，然后再从高能级跃迁回到低能级释放出光子。
受激辐射是指在一个已经存在的光子的作用下，原子或分子激发态上的电子从高能级跃迁回到低能级，产生与外界光子一致的光子。
通过这种循环的过程，激光得以产生和放大。
根据激光器的工作方式和工作介质的不同，激光器可以分为气体激光器、固体激光器和半导体激光器。
气体激光器利用气体（如氦氖）放电时的原子或分子跃迁产生激光。
固体激光器则利用固体晶体（如钛宝石）中的掺杂物在激光器外加入能量时跃迁产生激光。
而半导体激光器是基于半导体材料的PN结构或异质结构，在电流作用下产生激光。
激光技术具有独特的特点和广泛的应用。
首先，激光具有高度聚焦的特点，可以实现对微小区域的精确加工和切割。
例如，在制造业中，激光切割可用于金属板材、塑料制品等的切割加工。
其次，激光具有高单色性，在通信领域中，激光器可以作为发射源，通过光纤传输信息。
另外，激光还可以用于医疗领域，例如激光手术刀可实现精确切割，激光治疗可用于皮肤病的治疗。
此外，激光还可以应用于测距、测速、材料分析等领域。
除了常见的激光器外，还有一些特殊种类的激光器。
例如，有色激光器是指通过改变激光输出波长，使激光具有红、绿、蓝等特定颜色的激光器。
这种激光器广泛应用于舞台灯光、激光显示器等领域。
另外，超快激光器是指脉冲宽度极短的激光器。
它具有很高的能量密度和短时间尺度，可用于材料表面改性、光学显微镜等领域。
激光技术的应用还在不断发展和创新。
激光原理与技术PPT(很全面)
激光束质量对应用的影响
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。
激光束的控制与整形
激光束控制技术
探讨通过光学元件、机械装置等手段对激光束进行控制的原理和 方法。
激光束整形技术
介绍将激光束整形为特定形状（如平顶、环形等）的原理和方法， 以及整形后激光束的特性。
激光束控制与整形的应用
阐述激光束控制与整形在材料加工、生物医学、光通信等领域的应 用实例。
激光Байду номын сангаас眼睛的危害
激光束直接照射眼睛，可能导致视网膜烧伤、视力下降甚至失明。防护措施包 括佩戴合适的激光防护眼镜，避免直接观看激光束。
激光对皮肤的危害
激光照射皮肤可能导致烧伤、色素沉着、皮肤癌等。防护措施包括穿戴防护服 、使用防晒霜等。
激光安全标准与防护措施
激光安全标准
国际电工委员会（IEC）和美国国家标准学会（ANSI）等制定了激光安全标准， 对激光产品的分类、标识、使用等做出了规定。
液体激光器
染料激光器
使用有机染料作为增益介质，通 过泵浦光激发染料分子产生激光 ，具有宽调谐范围和短脉冲输出 能力。
液体激光核聚变
利用高功率激光束照射含有氘、 氚等聚变燃料的靶丸，实现核聚 变反应，是惯性约束聚变研究的 重要手段。
半导体激光器
边发射半导体激光器
电流注入半导体PN结，电子与空穴 复合释放能量形成激光输出，具有体 积小、效率高、寿命长等优点。
激光手术
利用激光的高精度和可控性，进行微 创手术操作，如眼科手术、皮肤科手 术等。
生物医学成像
利用激光的高亮度和方向性，对人体 内部组织进行光学成像，以辅助医学 诊断和治疗。
05
激光测量与检测技术
激光原理与技术PPT课件
激光手术
阐述激光手术在眼科、神 经外科等领域的应用及优 势，如精度高、创伤小等 。
05
CATALOGUE
激光测量与检测技术
激光干涉测量技术
1 2
干涉测量原理
利用激光的相干性，通过干涉条纹的变化来测量 长度、角度等物理量。
干涉测量系统组成
包括激光器、分束器、反射镜、探测器等部分。
3
干涉测量技术应用
时间特性
激光束的时间特性包括脉冲宽度、重复频率和稳定性等。其中，脉冲宽度决定 了激光的峰值功率和能量，重复频率则影响了激光的平均功率。稳定性则是确 保激光束在长时间内保持一致性的关键因素。
激光束的调制与偏转技术
调制技术
通过对激光束进行幅度、频率或相位等调制，可以实现信息 的加载和传输。常见的调制方式包括振幅调制、频率调制和 相位调制等。这些调制技术使得激光束能够携带更多的信息 ，并在通信、传感等领域得到广泛应用。
对皮肤的危害
长时间或高强度激光照射皮肤， 可能导致皮肤烧伤、色素沉着、 皮肤癌等严重后果。
激光安全标准与防护措施
激光安全标准
国际电工委员会（IEC）和美国激光产品安全标准（ANSI）等制定了激光产品的 安全标准，包括激光等级分类、安全警示标识、使用说明等。
防护措施
使用激光产品时，应佩戴合适的防护眼镜或面罩，避免直接照射眼睛或皮肤；同 时，应在激光工作区域内设置明显的安全警示标识，提醒他人注意安全。
偏转技术
激光束的偏转技术主要是通过改变激光束的传播方向来实现 。常见的偏转方式包括机械偏转、电光偏转和声光偏转等。 这些偏转技术使得激光束能够灵活地指向目标，并在激光雷 达、光学扫描等领域发挥重要作用。
激光束的聚焦与整形技术
2024年激光原理与技术课件课件
激光原理与技术课件课件激光原理与技术课件一、引言激光作为一种独特的人造光，自20世纪60年代问世以来，已经在众多领域取得了举世瞩目的成果。
激光原理与技术已经成为现代科学技术的重要组成部分，并在光学、通信、医疗、工业加工等领域发挥着重要作用。
本课件旨在阐述激光的基本原理、特性以及应用技术，使读者对激光有更深入的了解。
二、激光的基本原理1.光的粒子性与波动性光既具有粒子性，也具有波动性。
在量子力学中，光被视为由一系列光子组成的粒子流，光子的能量与频率成正比。
而在波动光学中，光被视为一种电磁波，具有频率、波长、振幅等波动特性。
2.光的受激辐射受激辐射是指处于激发态的原子或分子在受到外来光子作用后，返回基态并释放出一个与外来光子具有相同频率、相位、传播方向和偏振状态的光子。
这个过程是激光产生的核心原理。
3.光的放大与谐振在激光器中，通过光学增益介质实现光的放大。
当光在增益介质中往返传播时，不断与激发态原子或分子发生受激辐射，使光子数不断增加。
同时，通过谐振腔的选择性反馈，使特定频率的光得到进一步放大，最终形成激光。
三、激光的特性1.单色性激光具有极高的单色性，即频率单一。
这是由于激光器中的谐振腔对光的频率具有高度选择性，只有满足特定频率的光才能在谐振腔内稳定传播。
2.相干性激光具有高度的相干性，即光波的相位关系保持稳定。
相干光在传播过程中能形成稳定的干涉图样，广泛应用于光学检测、全息成像等领域。
3.方向性激光具有极高的方向性，即光束的发散角很小。
这是由于激光器中的谐振腔对光的传播方向具有高度选择性，只有沿特定方向传播的光才能在谐振腔内稳定传播。
4.高亮度激光具有高亮度，即单位面积上的光功率较高。
这是由于激光的单色性、相干性和方向性使其在空间上高度集中，从而具有较高的亮度。
四、激光的应用技术1.光通信激光在光通信领域具有广泛应用，如光纤通信、自由空间光通信等。
激光的高单色性、相干性和方向性使其在传输过程中具有较低的信号衰减和干扰，从而实现高速、长距离的数据传输。
激光原理与技术课程实验教学的思政教育探索
激光原理与技术课程实验教学的思政教育探索第一篇范文激光原理与技术课程实验教学的思政教育探索激光，即Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation，是20世纪人类最伟大的发明之一。
它被誉为“最快的刀”、“最准的尺”、“最亮的光”，在各个领域都有着广泛的应用。
激光原理与技术课程，不仅要求学生掌握激光的基本原理、产生机制和应用技术，还要求教师在实验教学中，深入挖掘课程中蕴含的思政教育资源，将思政教育与专业教育相结合，培养学生的科学精神、创新能力和家国情怀。
一、激光原理与技术课程实验教学的思政教育意义激光原理与技术课程实验教学，不仅有助于学生深化对激光知识的理解和掌握，提高学生的实践能力和创新能力，还具有重要的思政教育意义。
1.培养学生的科学精神。
激光原理与技术课程实验教学，通过引导学生亲自动手进行实验，观察实验现象，分析实验结果，使学生在实践中感受科学的真谛，培养学生的科学精神。
2.提高学生的创新能力。
激光原理与技术课程实验教学，要求学生在掌握基本原理的基础上，运用所学知识解决实际问题，激发学生的创新潜能，提高学生的创新能力。
3.培育学生的家国情怀。
激光原理与技术课程实验教学，通过介绍我国激光技术的发展历程和取得的重大成就，使学生深感国家科技进步的艰辛，激发学生的爱国情怀。
二、激光原理与技术课程实验教学的思政教育探索1.结合课程特点，挖掘思政教育资源。
教师应深入研究激光原理与技术课程内容，发掘课程中蕴含的思政教育资源，如激光技术的起源、发展历程、应用领域等，将这些内容融入实验教学，提高学生的科学素养和家国情怀。
2.创设情境，激发学生的学习兴趣。
教师可以通过设计富有挑战性和创新性的实验项目，激发学生的好奇心和求知欲，引导学生主动参与实验，提高学生的实践能力和创新能力。
3.注重过程，培养学生的科学精神。
教师应关注学生在实验过程中的表现，引导学生认真观察实验现象，分析实验结果，培养学生严谨的科学态度和良好的实验习惯。
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、激光技术
激光原理、激光技术
激光原理：激光是一种具有高度单色性、方向性和相干性的光。
其产生过程是利用激光介质（如固体、液体或气体）中的等离子体的
相互作用所产生的一种放射性波。
当激光介质受到一定条件的激发
（如电子束、闪光灯等），其内部的激发能量以束缚电子形式存储在
分子或原子的特定能级中。
当这些激发粒子受到外部的刺激（如光或
电子束）后，它们会跃迁到低能级，从而放出能量，并在介质中引起
连锁反应，产生大量相干光子，形成激光束。
激光技术：激光技术是一种基于激光原理和应用方面的科学和技术，可以用于通信、制造、医疗、能源、防御等各个领域。
其中比较
典型的应用包括裁剪、焊接、打标、医疗美容、雷达、水利、安防等。
激光技术的主要特点是精度高、速度快、效率高、安全可靠。
因此，
它被广泛应用于各个工业领域，为提高生产效率、保障质量、增加利
润做出了重要贡献。
激光原理与技术课后答案
激光原理与技术课后答案激光技术作为一种高科技技术，已经在各个领域得到了广泛的应用，包括医疗、通信、制造业等。
激光的应用范围越来越广，因此对激光原理和技术的深入了解显得尤为重要。
下面是一些关于激光原理与技术的课后答案，希望能帮助大家更好地理解和掌握这一技术。
1. 什么是激光？激光的产生原理是什么？激光是一种特殊的光，它具有高度的单色性、方向性和相干性。
激光的产生原理是利用激发态原子或分子受到外界能量激发后，通过受激辐射产生的一种特殊的光。
2. 激光的特点有哪些？激光具有高亮度、高单色性、高方向性和高相干性的特点。
这些特点使得激光在各个领域有着广泛的应用，比如在医疗领域可以用于手术切割，通信领域可以用于光纤通信，制造业可以用于激光打印和激光切割等。
3. 请简要描述激光器的工作原理。
激光器是将受激辐射过程放大后的光源。
它的工作原理是通过外界能量激发原子或分子，使其处于激发态，然后通过受激辐射产生的光在光学谐振腔中来回反射，最终形成激光输出。
4. 什么是激光共振腔？它的作用是什么？激光共振腔是激光器中的一个重要部件，它由两个反射镜构成。
它的作用是在两个反射镜之间形成光学谐振腔，使得受激辐射产生的光在腔内来回反射，最终形成激光输出。
5. 请简要描述激光的应用领域。
激光在医疗、通信、制造业等领域有着广泛的应用。
在医疗领域，激光可以用于手术切割、皮肤治疗等；在通信领域，激光可以用于光纤通信；在制造业中，激光可以用于激光打印、激光切割等。
6. 请简要介绍激光在医疗领域的应用。
在医疗领域，激光可以用于手术切割、皮肤治疗、癌症治疗等。
由于激光具有高度的精确性和可控性，因此在医疗领域有着广泛的应用前景。
7. 请简要介绍激光在通信领域的应用。
在通信领域，激光可以用于光纤通信。
由于激光具有高度的方向性和单色性，因此可以在光纤中传输更多的信息，使得通信更加高效和稳定。
8. 请简要介绍激光在制造业中的应用。
在制造业中，激光可以用于激光打印、激光切割、激光焊接等。
激光原理与技术课后答案
激光原理与技术课后答案激光，全称为“光电子激发放射”，是一种具有高度相干性和高能量密度的光。
它具有许多独特的特性，使其在各种领域得到广泛应用，如医学、通信、材料加工等。
激光的产生原理和技术是激光学乃至整个光学领域的基础知识，对于理解激光的特性和应用具有重要意义。
下面是关于激光原理与技术的课后答案，希望能够帮助大家更好地理解和掌握这一知识。
1. 什么是激光？激光是一种特殊的光，具有高度相干性和高能量密度。
它的特点是具有单一波长、高亮度和方向性好。
2. 激光的产生原理是什么？激光的产生主要是通过受激辐射过程实现的。
在受激辐射过程中，原子或分子受到外界能量激发后，会发射出与外界光同频率、同相位、同方向的光子，从而形成激光。
3. 激光的特性有哪些？激光具有单一波长、高亮度、方向性好和高相干性等特性。
这些特性使得激光在许多领域具有广泛的应用价值。
4. 激光在医学领域的应用有哪些？激光在医学领域有着广泛的应用，如激光手术、激光治疗、激光诊断等。
其中，激光手术可以实现无创伤手术，减少患者的痛苦和恢复时间。
5. 激光在通信领域的应用有哪些？激光在通信领域主要应用于光纤通信和激光雷达等领域。
激光的高亮度和方向性好使得它成为了光纤通信的理想光源。
6. 激光在材料加工领域的应用有哪些？激光在材料加工领域有着广泛的应用，如激光切割、激光焊接、激光打标等。
激光加工可以实现高精度、高效率的加工，广泛应用于汽车制造、航空航天等领域。
7. 激光技术的发展趋势是什么？随着科学技术的不断发展，激光技术也在不断创新和进步。
未来，激光技术将更加广泛地应用于各个领域，同时也会不断提升其性能和效率。
通过以上内容，我们可以更深入地了解激光原理与技术，以及其在各个领域的应用。
激光作为一种特殊的光，具有许多独特的特性，使其在医学、通信、材料加工等领域发挥着重要作用。
随着科学技术的不断发展，激光技术也将不断创新和进步，为人类社会的发展做出更大的贡献。
激光原理与技术讲稿
第一章 激光的基本原理及其特性激光技术是二十世纪六十年代初发展起来的一门新兴学科。
激光的问世引起了现代光学技术的巨大变革。
激光在现代工业、农业、医学、通讯、国防、科学研究等各方面的应用迅速扩展，之所以在短期间获得如此大的发展是和它本身的特点分不开的。
激光与普通光源相比较有三个主要特点，即方向性好，相干性好和亮度高，其原因在于激光主要是光的受激辐射，而普通光源主要是光的自发辐射。
研究激光原理就是要研究光的受激辐射是如何在激光器内产生并占据主导地位而抑制自发辐射的。
本章首先从光的辐射原理讲起，讨论与激光的发明和激光技术的发展有关的各方面物理基础和产生激光的条件。
光的辐射既是一种电磁波又是一种粒子流，激光是在人们认识到光有这两种相互对立而又相互联系的性质后才发明的。
因此本章从介绍光的波粒二象性开始研究原子的辐射跃迁。
激光的产生又是光与物质的相互作用的结果，对光的平衡热辐射和光与物质的相互作用 (光的自发辐射、受激辐射、受激吸收) 的研究是发明激光的物理基础。
光谱线的宽度，线型函数是影响激光器性能的重要因素，提高激光的单色性是激光技术的发展的一个重要方向。
阐明上述这些基础后，本章最后一节讨论激光产生的条件。
1. 1 激光的特性光的一个基本性质就是具有波粒二象性。
人类对光的认识经历了牛顿的微粒说、惠更斯菲涅耳的波动说到爱因斯坦的光子说的发展，最后才认识到波动性和粒子性是光的客观属性，波动性和粒子性总是同时存在的。
一方面光是电磁波，具有波动的性质，有一定的频率和波长。
另一方面光是光子流，光子是具有一定能量和动量的物质粒子。
在—定条件下，可能某一方面的属性比较明显，而当条件改变后，另一方面的属性变得更为明显。
例如，光在传播过程中所表现的干涉、衍射等现象中其波动性较为明显，这时往往可以把光看作是由一列一列的光波组成的；而当光和实物互相作用时(例如光的吸收、发射、光电效应等)，其粒子性较为明显，这时往往又把光看作是由一个一个光子组成的光子流。
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下降。
为提高放电电流密度，加 轴向磁场，利用洛仑兹力 约束电子和离子。
反射镜
磁场
冷却水
钨盘 激光 放电电源 回气孔 陶瓷管
§6.2 电泵浦气体激光器
三、CO2激光器
CO2激光器的特点：输出功率大，能量转换效率高，输出波长 (10.6m)正好处于大气窗口。应用于激光 加工、医疗、大气通信及其它军事领域。
b. 基态Ar+与电子碰撞高于4P能级 10
再级联辐射4P
5
c. 基态Ar+电子碰撞低于4P的亚稳态 再与电子碰撞4P
c 亚稳态
a
b 3P44P
激光
3P44S
72nm
Ar+ 基态 3P5
Ar
§6.2 电泵浦气体激光器
Ar电离能量(15eV)和激光上能级的激发能量(20eV)较高，激光运转 所要求的平均电子动能(温度)很高。
CO2激光器工作物质：CO2、N2、He混合气体 激光跃迁发生在CO2电子基态的两个振动转动能级之间 N2提高激光上能级的激励效率 He帮助抽空激光下能级的。
分子总能量：
(1) 电子绕核运动动能 (2) 原子振动动能 (3) 分子转动动能 (3) 分子平动动能
量子化的
电子能级:振动能级:转动能级=104:102:1
§6.3 固体激光器
光泵浦灯结构
灯泵浦椭圆腔
§6.3 固体激光器
2. 半导体激光器(LD)泵浦
半导体激光器电光转换效率高，发射谱线正好对准某些激光 材料的吸收峰，泵浦效率高。
端面泵浦方式 如图：
工作物质
LD
M1
M2
侧面泵浦方式 如图：
全反射镜
反射板
输出镜
LD阵列
工作物质
§6.3 固体激光器
端面泵浦结构
由BeO或玻璃制成的放电管径仅1~4mm 放电管管壁对小角度掠射光的反射率很高，于是可低损耗 地传输波导模。 可采用纵向放电方式，也可采用横向射频激励。气压可高 达 (1.5~2.5)104Pa，输出功率为50W/m，适于制作输出功率小 于30W的小型封离型激光器。
§6.3 固体激光器
泵浦方式：
一般采用光泵浦方式！但又可细分为：
3. 氟化钇理(YLF)
晶体的主要特点是适于多种稀土离子掺杂和敏化，能在室温下实 现从可见蓝光到中红外光多种波长的激光跃迁。
掺入激活离子铽(Tb3+)，并以钆(Gd)敏化，便能产生0.5445m的蓝 色激光(利于水下传输)，效率约为0.03％； 掺入激活离子钬(Ho3+) ，并以铒(Er3+)和铥(Tm3+)为敏化离子时， 能产生2.0654m的中红外激光(处于大气窗口)，效率可达(1～4)％。
YLF的主要缺点是机械性能和热性能较差，晶体生长的工艺 难度较大。
4. 五磷酸钕(NdPP)
五磷酸钕是适应固体激光器小型化的需要而发展起来的一种高 掺杂浓度的激光晶体。
特点是Nd3+既是基质的一部分，又是激活离子，最佳掺钕浓度 比Nd3+:YAG高出30倍，且浓度淬灭的影响很小，具有高效、低 阈值等优点。 一种国产的五磷酸钕染料调Q手持式激光器，五磷酸钕晶体尺寸 为2.5×2.5×2.5(mm3)，激光头重量只有46克，输出脉冲峰值功率 达3MW。 还有其他晶体材料，数量有数十种，各有优缺点。
工作物质Ne，辅助气体He提高泵浦效率 He:Ne~5:1
§6.2 电泵浦气体激光器
相关激光产生的He、Ne能级如图
He
Ne
16.3135nmm：：32SS2222PP44 3.39m：3S23P4 He-Ne多产生 633nm激光 阴极发射e向阳极运动
170 21S0
3S 2 3.39m 3P
10 1.06m
8 6
4F3/2 1.35m
4I15/2
4I11/2相应于基态E1。
4
4I13/2
2
4I11/2
由于1.06m比1.35m波长的荧光强 约4倍，所以在激光振荡中，将只产
0
4I9/2
Nd3+:YAG的能级结构
生1.06m的激光。
Nd3+:YAG激光器的突出优点是阈值低和具有优良的热学性质，这 就使得它适于连续和高重复率工作。
因容易制成大尺寸、光学均匀性好的材料，而在大能量、大功率激 光器中有着广泛的应用。缺点是导热率太低，热膨胀系数太大，不 适于作连续和高重复率工作的激光器件。
2.掺钕铝酸钇(Nd3+:YAP)
Nd3+:YAP的物化、机械等性能的可与Nd3+:YAG相媲美。它的激 光谱线波长是1.0795m和1.0645m。 Nd3+：YAP的主要特点是能掺入较高的钕或其它稀土离子，具 有较高的储能能力和转换效率，并且晶体的生长速度快。其缺 点是破坏阈值低，热畸变较严重。
5
能 160 量
150
23S1
2S 2
5
632.8nm
共振能
电 量转移 1.15m
2P
1 4 10
1 4 10
140
子 碰
1S 自发辐射跃迁
撞
/(103cm-1)
同时被电场加速
130
激
无辐射跃迁
120
励
基态He与e非弹性碰撞激发到21S0
11S0
11S0
21S0为亚稳态，可积累大量He
基态Ne与21S0的He(He*)非弹性碰撞激发到3S2——共振能量转移
YAG是目前能在室温下连续工作的惟一实用固体工作物质，在中 小功率脉冲器件中，特别是在高重复率的脉冲器件中，目前应用 Nd3+:YAG的量，远远超过其它固体工作物质。
三、 其它常用的固体工作物质
1. 钕玻璃
钕玻璃是在玻璃基质中掺入一定比例的Nd2O3制成的。它的激活粒 子是钕离子(Nd3+)，其能级结构、光谱持性与Nd3+:YAG大致相同， 激光振荡谱线也是1.06m。
激光原理与技术
西安电子科技大学 物理与光电工程学院
刘继芳
第六章 典型激光器简介
§6.1 激光器分类
一、按激光器工作物质的状态
1. 固体激光器 红宝石(世界上第一台激光器)、 YAG、钛宝石 2. 气体激光器 He-Ne、Ar+、N2、He-Cd、铜蒸汽 3. 半导体激光器 GaAs、IP、GaN、 4. 光纤激光器
二、按激光器输出方式 连续激光器、脉冲激光器
三、按泵浦方式
光激励、电激励、其他
第六章 典型激光器简介
§6.2 电泵浦气体激光器
一、He-Ne激光器
最早研制成功的气体激光器 在可见光和红外可产生多条谱线，
最强633nm、1.15m、3.39m 气体放电泵浦方式 输出功率依放电管长度 mW~数十mW
二、掺钕钇铝石榴石(Nd3+:YAG)
Nd3+:YAG是将一定比例的A12O3、Y2O3和Nd2O3在单晶炉中进行熔 化，并结晶而成的，呈淡紫色。它的激活粒子是钕离子(Nd3+)，与
激光产生有关的能级结构如图所示，属于四能级系统。
能量(103cm1) 12
其激光上能级E3为4F3/2，激光下能 级为4I13/2 、 4I11/2，荧光谱线波长为 1.35m、1.06m。
放电电流密度和气体压强均有一使输出功率最大的最佳值。 在最佳放电条件下，激光器的输出功率约为50~60W/m。
2. 横向流动CO2激光器
气流方向与光轴垂直，气体流动截面大，流动路径短，因 此较低的流动速度就可达到纵向快流的同样冷却效果。而且其 最佳压强可达1.3104Pa，提高激光输出功率。
一般采用纵向放电。此类激光器单位长度的输出功率可达 每米数千瓦，总输出功率已达1~20kW。
工作物质 聚光镜
全反射镜
部分反射镜
1. 灯泵浦脉ຫໍສະໝຸດ 激光器采用脉冲氙灯 连续激光器采用氪灯或碘钨灯
激光 灯
通常采用椭圆或紧包聚光腔
椭圆聚光腔的结构如图所示：内壁镀有高反射层的 椭圆柱聚光腔中，激光棒和激励灯置于两个焦点上
紧包腔中，激光棒和激励灯贴近平行放置，外裹一 紧包圆柱腔，内壁镀高反射层。
主要是碰撞过程 1000、0200 态CO2 与0000态CO2碰撞 0100，且 1000、0200 、0100态达热平衡，满足玻尔兹曼分布
0100态CO2与 0000态CO2碰撞返回基态的概率很小 0100态CO2与 基态He碰撞大大减小该能级寿命
CO2激光器谐振腔一般采用平凹腔。高反射镜采用金属镜 输出耦合镜用Ge、GaAs等材料制成
3S2寿命100ns，2P4寿命10ns 3S22P4间形成集居数反转
§6.2 电泵浦气体激光器
波长选择：
632.8nm、1.15m、3.39m那一条谱线起振，由谐振腔介质膜 反射镜的反射波长选择。
632.8nm和3.39m两条谱线有相同上能级，其间存在强烈的竞
争。由于G3，较长的632.8nm He-Ne激光器，虽然反射镜对
§6.2 电泵浦气体激光器
二、Ar+激光器
Ar原子电子组态3P6 Ar原子与电子碰撞 基态Ar+ (3P5) 35
Ar+ 激发态3P44P、 3P44S有若干 电子组态，其间跃迁有9条谱线。 最强：488nm、515.5nm
30
能 量 25
/ eV
集居数翻转途径：
20
15
a. 基态Ar+直接与电子碰撞4P
CO2激光器种类
CO2种类较多，主要有4种： 纵向流动、横向流动、封离型、波导
§6.2 电泵浦气体激光器 1. 纵向慢流CO2激光器
结构类似于内腔式He-Ne激光器，气体从放电管的一端流入， 另一端抽出。气流、放电电流均和光轴方向一致。