激光器的简介以及发展历程(行业教学)

(5)此时腔内光的放大倍数为
K
I2 I1
r1 r2 exp( G0 a内)2L 1
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专业课
激光器的类型 和应用
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专业课
固体激光器
用固体激光材料作为工作物质的激光器（见激光）。 1960年，T.H.梅曼发明的红宝石激光器就是固体激光 器，也是世界上第一台激光器。固体激光器一般由 激光工作物质、激励源、聚光腔、谐振腔反射镜和 电源等部分构成。
泵浦（抽运）
粒子数反转
受激放大
振荡
放大
达到阈值
激光输出
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专业课
增益介质
当光波经过增益介质时，引起的受激辐射就会 大于吸收，且粒子数密度的差值越大（也就是 上下能级粒子数的分布差异越大），相对于吸 收来说，受激辐射越强，光经过增益介质时增 长得也越快，这就形成了受激辐射在介质中占 主导地位的状态。
Iout t1 r2I1 exp(G0 a内)2L
其余部分都作为镜面损耗而损失掉了，这部 分为
Ih a1I1" a1 r2I1 exp(G0 a内)2L
(4)图中纵轴上 I1'' I2 代表总镜面损耗 Iout Ih ， 即
Iout Ih (a1 t1) r2I1 exp(G0 a内)2L
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专业课
这类激光器所采用的固体工作物质，是把具有能产生受激发射作用的金属 离子掺入晶体而制成的。在固体中能产生受激发射作用的金属离子主要有 三类：
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激光的发展史应该追溯到1917年，爱因斯坦提出光的受激 辐射的概念，预见到受激辐射光放大器诞生，也就是激光 产生的可能性。20世纪50年代美国科学家汤斯及前苏联科 学家普罗科霍罗夫等人分别独立发明了一种低噪声微波放 大 器 ， 即 一 种 在 微 波 波 段 的 受 激 辐 射 放 大 器 Maser （ Microwave amplification by stimulated emission of radiation ).1958年美国科学家汤斯和肖洛提出在一定条件下， 可将这种微波受激辐射放大器的原理推广到光波波段，制 成受激辐射光放大器Laser（Light amplification by stimulated emission of radiation）.1960年7月美国的梅曼宣布制成了第 一台红宝石激光器。1961年我国科学家邓锡铭、王之江制 成我国第一台红宝石激光器，称其为“光学量子放大器”。 随后我国科学家钱学森建议统一翻译成“激光”或“激光 器”
r1
r2 谐振腔内光强的放大过程
L
(1)由于自发辐射，在z=0处有一束强度为I1的入射
光沿腔轴传播，此时由于腔内光强很弱，此时介质
的增益系数就是小讯号增益系数 G, 0有：
I I1 exp(G0 a内)z I1' r2I1 exp(G0 a内)L
图中曲线 I1 表I1示' 了这个过程。
I3
(2) I1又' 经增益介质进行放大，再传到M1处时，
光强已增至
I1" I1'exp(G0 a内)L r2I1 exp(G0 a内)2L
如图中曲线 I1' I1'' 所示
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r1
r2
L
I3
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(3) I1''光强在M1上一部分反射回腔内继续放大， 这部分为
I2 r1 r2I1 exp(G0 a内)2L
一部分作为激光器的输出由M1镜透射出去，其 大小为
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专业课
梅曼的第一台红宝石激光器
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专业课
我国第一台红宝石激光器
5ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
专业课
我国激光器研究情况
激光器的第一台
研制成功时间 研 制 人
红宝石激光器（我国第一台) 1961年11月
He-Ne激光器
掺钕玻璃激光器 GaAs同质结半导体激光器 CO2分子激光器
1963年7月
1963年6月 1963年12月 1965年9月
邓锡铭、 王之江 邓锡铭等
干福熹 王守武 王润文等
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专业课
激光器的基本结构
1. 激光工作物质：能够实现粒子数反转，产生受激光放大 2. 激励能源：能降低能级的粒子不断抽运到高能级，补充受激
辐射减少的高能级上粒子数 3. 光学谐振腔：提高光能密度，保证受激辐射大于受激吸收
与普通光源不同，激光是靠介质内的受激辐射向外发出大 量的光子而形成的。受激辐射产生的光子与外来光子性质完 全相同，使入射光得到放大。用这种原理制成的光源称为受 激辐射的光放大器，简称激光器，其输出光称为激光。
发光过程，需要使发光物质处于激发态的高能上的粒子多于低能
级上的粒子，同时还要使这样的介质中受激辐射占绝对优势。20
世纪上半叶的科学技术发展提供了这样的可能。电子技术的发展
提供了激励能源，精密加工技术制造出谐振腔，材料科学的研究
提供了各种激光工作介质，在近代高科技的发展支持下，各种激
光器陆续诞生。
激光形成过程：
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粒子数反转
正常分布 受激吸收 占 主导 光衰减，吸收
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反转分布 受激辐射 占 主导 光放大 有增益
增益介质：处于粒子数反转分布状态的物质
为实现粒子数反转分布，要求在单位时间内激发到上能级的粒 子数密度越多越好，下能级的粒子数越少越好，上能级粒子数 的寿命长些好。
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专业课
激光器内形成光强的过程
专业课
激光器的工作原理
纳米实验室（NPNS）
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激光器的发展
激光是20世纪人类的重大科技发明之一，它对人类 的社会生活产生了广泛而深刻影响。作为高技术的 研究成果，它不仅广泛应用于科学技术研究的各个 前沿领域，而且已经在人类生产和生活的许多方面 得到了大量的应用，与激光有关的产业已在全球形 成了超过千亿美元的年产值。
激光谐振腔内光强由弱变强直至最后达到稳定的过程可以用图(2-15)来描写。 M2是反 射率r2 1的全反射镜，置于在z L 处，M1是反射率 r1 1的部分反射镜，置于 z 0 坐标 处。稳定光强在腔中传播过程由闭合曲线 A I(L),I (L) I (2L),I (2L) A 所表示。
产生激光的基本条件是受激辐射大于吸收。
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专业课
激光的发光原理
激光的发光原理是光的受激辐射，使处在激发态的原子收到外来
的光机理作用而跃迁到低能级，同时发出一个与外来激励光子完
全相同的光子，从而实现光的放大。但是在普通热辐射光源的情
况下，受激辐射只占很小的比例，绝大部分的辐射是自发辐射，
因此在宏观上兵不能够产生光受激放大。欲使受辐射成为主要的