第一章 激光的问世和发展
激光技术的发展历史
732006 NO.9&10 记录媒体技术激光的发明是20世纪中期一项划时代的成就，对人类社会文明产生了极其深远的影响。
人们把激光和原子能、半导体、计算机列在一起，称为20世纪的“新四大发明”。
激光的出现不但引起了光学革命性的发展，冲击了整个物理学，并且对其它学科如化学、生物学和技术及应用学科如电机工程学、材料科学、医学等都产生了巨大的影响。
像蒸汽机、发电机和电动机、晶体管、计算机这些创新一样，激光是一项通用技术，它提供了可以在大量实际领域应用的技术能力。
对光盘存储而言，激光的发明是光盘存储技术必不可少的基础，它为光盘存储提供了一个有足够功率并且能够汇聚成很小光斑(微米级或亚微米级)的光源。
可以说，没有激光的发明，就没有后来的光盘的发明。
本文主要为光盘技术人员介绍激光技术的发展历史和趋势。
一、激光的发明和发展所谓激光就是受激发射的光，是被其它辐射感应而激发的辐射。
激光的英文名词为Laser ，是Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation 的词首字母构成的新词，其原意是受激辐射光放大器。
早期在我国曾被翻译成“莱塞”、“雷射”、“光激射器”、“光受激辐射放大器”等。
直到1964年，由钱学森院士提议取名为“激光”，它既反映了“受激辐射”的科学内涵，又表明了它是一种很强烈的新光源。
钱学森院士的提议得到国内学术界的一致认同，在中国大陆激光这个新名词就一直沿用至今。
现在我们知道，物质的发光过程有两种：一种称为自发辐射，另一种称为受激辐射。
自发辐射是在没有外来光子情况下，原子自发地、独立地从高能级E 2向低能级E 1的跃迁。
自发辐射是随机过程，跃迁时发出的光在相位、偏振态和传播方向上都彼此无关。
受激辐射是处于高能级E 2的原子，在受到能量为hv = E 2-E 1的外来光子的激励时，跃迁到低能级E 1，并辐射一个与外来光子的频率、相位、振动方向和传播方向都相同的光子。
《激光的基本原理》课件
利用光子学技术，可以实现高灵敏度、高分辨率的医学成 像和诊断。同时，光子学技术还可以用于生物科学研究， 如荧光共振能量转移等技术可以用于研究生物分子间的相 互作用和动力学过程。此外，光子学技术还可以用于光热 治疗、光动力治疗等领域，为癌症治疗等提供新的手段。
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详细描述
超快激光技术可以用于超快光谱学、 超快成像等领域，为物质科学研究提 供新的工具。同时，超快激光技术还 可以用于微纳加工、光刻等领域，提 高加工精度和效率。
光子晶体激光器的研究与应用
总结词
光子晶体激光器是一种新型的激光器件，具 有高效率、高稳定性等优点，在光通信、光 计算等领域具有广阔的应用前景。
随着技术的进步和应用需求的不断增长，激光技术逐渐拓展 到工业、医疗、通信、军事等领域，成为现代科技的重要组 成部分。
激光的重要性和应用领域
激光具有高亮度、高方向性、高单色 性和高相干性等优点，因此在科学研 究、工业生产、医疗卫生、军事等领 域有广泛的应用。
此外，激光还在通信、测量、军事等 领域中发挥着重要的作用，有力地推 动了科学技术的发展和社会进步。
1960年，美国物理学家梅曼发明了第一台红宝石激光器，标志着激光技 术的诞生。
激光的英文名称是“Laser”，是“Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation”的缩写，意为“受激发射光放大”。
激光的发展历程
激光技术经历了从初步实现到逐步成熟的发展过程，各种不 同类型的激光器也不断涌现，如气体激光器、固体激光器、 液体激光器和半导体激光器等。
例如，在工业领域中，激光可以用于 打标、切割、焊接、热处理等；在医 疗领域中，激光可以用于治疗眼科疾 病、皮肤病、口腔疾病等。
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。
激光原理绪论课件
03
CATALOGUE
激光产生的基本原理
激光器的基本结构与类型
气体激光器
固体激光器
以气体为增益介质的气体激光器，如二氧 化碳激光器、氦氖激光器等，具有结构简 单、运行稳定、成本低等优点。
以固体晶体或玻璃为增益介质的激光器， 如掺钕钒酸盐激光器、红宝石激光器等， 具有高功率、短脉冲等特性。
液体激光器
激光武器与安全防护
激光武器
利用高功率激光束对目标进 行打击和摧毁，具有打击精 度高、摧毁效果好等优点。
1
激光防御
利用激光束对来袭目标进行 拦截和摧毁，具有拦截精度
高、摧毁效果好等优点。
激光安全
利用激光束对重要区域进行 警戒和防护，具有防护效果 好、对人员无伤害等优点。
激光保密
利用激光束进行加密和解密 ，具有加密效果好、难以破 解等优点。
容、激光诊断等。
通信与信息
激光技术在通信和信息领域发 挥着重要作用，如光纤通信、
卫星通信、激光雷达等。
科学研究
激光技术是许多科学研究领域 的关键工具，如物理、化学、
生物学等。
02
CATALOGUE
激光基础知识
光的波粒二象性
光的波动性
光在传播过程中表现出波动性质，具有波长、频率、相位等波动 特征。
激光医学与生物技术
激光美容
利用激光束对皮肤进行照射，具有祛斑、祛 痘、美白等美容效果。
激光检测
利用激光束对生物组织进行检测和分析，具 有检测精度高、对组织无损伤等优点。
激光治疗
利用激光束对病变组织进行照射，具有疗效 好、副作用小等优点。
激光育种
利用激光束对生物组织进行照射，具有诱发 变异、提高育种效率等优点。
《激光发展史》课件
激光发展史是一段令人惊叹的科技之旅，本课程将带你了解激光的起源、发 展和未来应用，并探讨其对社会的影响和发展机遇。
一、激光的发明和定义
激光的发明者
了解激光的发明者以及他们对科学界做出的巨大贡献。
激光的定义和特点
探索激光的定义，以及其独特的特性和优势。
二、激光技术的起步和发展
四、激光科技的未来展望
激光技术的研究趋势
展望激光技术的未来发展方向，如量子激光、激光通信和激光成像等。
激光技术的未来应用
探索激光技术在医学、工业、航天等领域的未来应用前景。
五、激光技术的影与发展机遇
1
激光技术对社会的影响
探讨激光技术对科学、工业和日常生活
激光技术的发展机遇
2
的积极影响。
了解激光技术发展带来的商业机会和创 新可能性。
1
激光技术的发展史
追溯激光技术的起步和历史发展，突出里程碑事件和关键发现。
2
激光技术的应用领域
探索激光技术在医疗、通信、材料加工等领域的广泛应用。
三、激光技术的发展变革
激光技术的革命性进展
介绍激光技术在纳米科技、量子计算和光子学领域 的突破性进展。
激光技术的发展挑战
探讨激光技术在能源效率、成本和环境影响方面面 临的挑战。
六、结语
反思激光技术的发展历程
回顾激光技术的发展历程，思考其对人类进步 的意义和启示。
展望激光技术的未来与发展方向
展望激光技术未来的发展方向，以及我们个人 和社会应如何应对。
激光的形成与发展自从六十年代初发明激光器和观察到激光现象以来
激光的形成与发展自从六十年代初发明激光器和观察到激光现象以来，激光原理、技术、应用等都获得蓬勃的发展。
对基础科学、生命科学、信息科技、军事技术、能源技术，先进制造机器，工农业的发展都已起着很大影响，预期对二十一世纪的科学与技术，国民经济与国防的发展，都将发挥越来愈重要的作用。
本文将就激光的形成与发展作一简要阐述。
一、历史的回顾激光器的发明是与物理学长期基础研究的积累与技术的进步分不开的，至少可追朔到过去的50年。
首先十九世纪末引起物理学观念的革命，1900年德国物理学家普郎克，最先提出辐射的能量是量子化的概念，解释了黑体辐射的能量分布与光波波长的关系。
以后如光电效应等一系列实验结果建立了光的量子论的观念，1913年丹麦物理学玻尔最早用量子论的观念于原子结构的研究，建立起原子中电子运动状态的变化与光辐射的联系，1917年爱因斯坦进而阐述辐射的量子模型时指出，原子中吸收光子只有一个过程，而原子电子发射光子存在两个过程，即自发发射与受激发射，这是首次被理论预言光源发射光子可能被感生辐射或称受激发射，并且指出受激辐射的光子与人射的光子具有相同频率，相同位相，相同偏振，相同传播方向等特性。
但对通常光源在通常发光时温度处于平衡态下受激辐射是无法观察到的。
因之以后多人在研究观察受激辐射，引入负温度、负吸收等概念，直至1955年由美国科学家唐斯等与苏联科学家普罗霍洛夫等，首次提出三能级模型理论，同年实现了氨分子微波激射器。
后于1958年美国的唐斯与萧洛，前苏联科学家巴索夫、普罗霍洛夫分别提出在红外及可见光波段实现量子放大器的理论。
终于1960年首次被美国的梅曼用红宝石作工作介质，用脉冲氙灯作光泵，发明红宝石激光器及观察到激光现象，很快在许多国家的实验室重复了该项实验。
二、激光发射的基本过程（1）辐射的吸收与发射。
众所周知，物质是由原子构成的，原子是由带正电的核与绕核运动的电子所构成。
在微观世界中电子绕核运动能量不能有任意值，只能取某些固定值，为了表达电子的能量状态，通常用符号E来表示，在一般条件下，电子都处于原子中最低态的能量值，称为基态E0，当电子离开基态至能量提升状态时称为激发态（E e），电子由基态至激发态，或由激发态返回基态时，一般伴随有电磁辐射过程，这些辐射可以是可见光、红外线，或紫外线，依赖于二态之间的能量差。
激光技术的发展历程及应用
激光技术的发展历程及应用激光技术，常常出现在科幻电影中，人们往往认为激光只是虚构的产物，但是在现实中，激光却已经成为了现代科技的重要组成部分。
那么，从激光的发展历程到其应用领域的不断扩大，让我们一起来大致了解一下这项尖端技术吧。
早在1917年，爱因斯坦就曾经提出过“受激辐射”的概念，但是当时科学技术的发展水平还没有达到足够的高度，这个概念也没有被实际应用，但是激光的发明却叫人们意想不到。
1958年，美国贝尔实验室的一位骨灰级物理学家查尔斯·汤斯登发明了世界上第一支激光器，创造了现代激光技术的开端。
这支激光器利用了氖气和氩气的混合物作为激发剂，发射出了6900艾米(A)波长的光，同时被认为是红色激光。
这是一项突破性的发明，也开创了激光技术的新纪元。
接下来的两年中，美国理工学院的理查德·泰普狄克和尤金·麦穆伦开发出了一种高功率的激光器，可以使激光器发出6200瓦的能量。
这项发明引起了世界各地的热议，科学家们开始意识到激光技术的潜力，以及未来将会在各个领域得到应用。
激光技术首先在工业领域得到了广泛应用。
激光切割机、激光打印机、激光雕刻机等产品以其高速、高精度以及低误差的优点成为了现代工业生产中的佼佼者。
而在医学领域，激光则被用于实施一些高精度手术，如激光角膜切割手术等，可以避免一些传统手术中出现的各种并发症。
而在军事领域，激光则是非常重要的武器之一。
美国的“精确制导武器”就是利用激光技术来指导导弹，从而实现精确打击目标。
在生活中，我们也常见到激光指针，可以用于教学、演讲、辅助工作等场景。
在科学研究领域中，激光技术也有着广泛的应用，从精确测量到材料表征等研究方向，都有着激光技术的身影。
然而，激光技术并不是完美的，它的应用前景中仍然存在着一些挑战。
比如在环境污染治理中，激光技术的能量密度过高，如果不加控制大量释放会对环境造成极大的影响。
同时，在激光技术的应用中，溶解粉尘或者金属等可被激光直接蒸发的物质会释放出大量有毒有害气体，仍需要不断探讨和改进。
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》 讲义
《激光》讲义一、激光的发现与发展在 20 世纪，科学技术的发展可谓日新月异，其中一项具有重大意义的发现便是激光。
激光的全称为“Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation”，意思是“通过受激辐射实现光放大”。
激光的发现并非一蹴而就，而是众多科学家不懈努力的成果。
早在1917 年，爱因斯坦就提出了受激辐射的理论，为激光的诞生奠定了基础。
然而，直到 20 世纪 50 年代末 60 年代初，第一台红宝石激光器才被成功研制出来。
自那以后，激光技术得到了迅猛的发展。
各种类型的激光器相继问世，如气体激光器、固体激光器、半导体激光器和液体激光器等。
它们在性能、波长范围、输出功率等方面不断改进和优化，使得激光的应用领域越来越广泛。
二、激光的工作原理要理解激光，首先得明白它的工作原理。
普通光源的光是由大量原子自发地、无序地发射光子而产生的，这些光子的频率、相位和方向都各不相同，所以普通光源发出的光具有较大的发散性和随机性。
而激光则是通过受激辐射过程产生的。
在激光介质中，存在着大量处于高能级的原子。
当一个特定频率的光子入射到这些原子时，会引起原子受激跃迁，从高能级跃迁至低能级，并发射出一个与入射光子频率、相位和方向完全相同的光子。
这样，两个相同的光子又会去激发更多的原子产生受激辐射，从而实现光的放大。
为了实现稳定的激光输出，还需要有光学谐振腔。
光学谐振腔由两个反射镜组成，一个是全反射镜，另一个是部分反射镜。
光在谐振腔内来回反射，不断激发更多的受激辐射，只有满足一定条件的光才能从部分反射镜输出，形成高度单色、相干、方向性好的激光束。
三、激光的特点激光之所以在众多领域得到广泛应用，正是因为它具有一系列独特的特点。
1、方向性好激光束的发散角非常小，可以近似看作是平行光。
这使得激光能够在长距离传输过程中保持较高的能量密度，从而实现远距离的精确测量和通信。
2、单色性好激光的波长范围非常窄，几乎是单一波长的光。
激光的发展ppt课件
• 上个世纪六十年代，美国的梅曼教授发明 了激光，1970年前苏联应用激光治疗高血 压等内科疾患，治疗高血压118例。其中 108例血压恢复正常。1972年治疗支气管 炎，结果21例当即生效，肺活量增加30%。 在20世纪70年代，我国开始将激光应用于 临床，包括内、外、妇、儿、耳鼻咽喉科、 口腔科、眼科、皮科和神经科约有200多 种疾病，均取得一定疗效。
激光在医学中的应用
1991年王铁丹教授首次在国内将俄罗斯开始的 低强度激光血管内治疗应用于临床，特别是武 警广东总队医院使用该仪器成功地使一名因脑 外伤而对声、光、电、针刺无反应的患者奇迹 般地恢复了思维、言语和行动功能，痊愈出院， 促进了这种疗法在全国的推广应用。这种疗法 已被证实可以改善血液黏稠度，提高红细胞变 性能力，改善微循环，提高红细胞的携氧能力， 调节机体的免疫力，激活体内的多种酶和激素。
使用的是邓小平先生。
第二阶段
血管内照射疗法， 将激光导入血管内进 行血液照射，这种疗 法只能在具有严格消 毒条件的医疗单位中 进行，由于每次都要 进行静脉穿刺，无法 进经研究发现鼻腔内的血管网更加丰富， 血红细胞单行排列，全身血液每七分钟就会在鼻腔 内血管流通一次，其中的血红蛋白和血清蛋白能吸 收更多的激光能量，其临床效果更好一些。 鼻腔内血管非常丰富，而且鼻黏膜血管深层的血液 还可以不经过毛细血管，而从小动脉直接进入小静 脉(动静脉吻合)，这种动静脉吻合占鼻黏膜血流的 60%左右。所以，有的学者认为鼻甲组织血流量比肝 脏、脑和肌肉等组织相对地多，而且鼻腔内的自主 神经也非常丰富，它不但可以影响脑的血管缩舒功 能，而且还会通过迷走神经影响消化系统的功能。 再者，由于鼻腔的解剖关系，有某些潜在的微细交 通和蛛网膜相联系。这种疗法不需要静脉穿刺，治 疗时安全可靠。
激光的基本原理课件
单色性好
激光的波长范围很窄，颜色纯度高， 因此其单色性非常好，常用于光谱分 析和精密测量。
相干性好
激光的频率单一且稳定，因此其相干 性非常好，常用于干涉仪和全息成像 等光学实验。
激光的分类
01
02
03
04
按工作物质分类
根据工作物质的不同，激光可 以分为固体激光、气体激光、 液体激光和半导体激光等。
20世纪50年代，随着光学技术和电子技术的不断发展，激光技术开始进入实用阶段。
激光的发展历程
1960年，梅曼发明了第一台红 宝石激光器，标志着激光技术的
诞生。
随后，各种不同类型的激光器不 断涌现，如二氧化碳激光器、固
体激光器、气体激光器等。
随着技术的不断进步，激光技术 的应用领域也不断扩大，涉及到 通信、医疗、军事、工业制造等
激光美白
通过激光照射，能够刺激 皮肤胶原蛋白的再生和修 复，使皮肤更加紧致有弹 性，达到美白效果。
激光脱毛
利用激光能量破坏毛囊的 生长能力，实现永久性脱 毛，具有安全、无痛、效 果持久等优点。
科研实验
激光光谱学
利用激光的特性，研究物质与光 相互作用的规律，广泛应用于化
学、物理、生物等领域。
激光雷达
按输出功率分类
根据输出功率的大小，激光可 以分为低功率激光、中功率激
光和高功率激光。
按波长分类
根据波长的不同，激光可以分 为可见光激光、红外激光和紫
外激光等。
按工作方式分类
根据工作方式的不同，激光可 以分为连续激光和脉冲激光。
04 激光的应用领域
工业制造
激光切割
激光打标
利用高能激光束对材料进行精确切割， 具有切割速度快、精度高、切口质量 好等优点。
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》 讲义
《激光》讲义一、激光的发现激光，这个在现代科技中扮演着重要角色的神奇之光，其发现并非一蹴而就，而是经过了众多科学家的不懈探索和努力。
早在 1917 年，爱因斯坦就提出了“受激辐射”的概念，为激光的诞生奠定了理论基础。
然而，直到 1960 年，美国科学家梅曼成功制造出了世界上第一台红宝石激光器，激光才真正从理论走向了实际应用。
梅曼的这一突破，开启了一个全新的科技时代。
从此，激光以其独特的性质和强大的功能，迅速在各个领域展现出了巨大的应用潜力。
二、激光的原理要理解激光，首先得明白它的工作原理。
激光的产生基于三个关键过程：受激吸收、自发辐射和受激辐射。
受激吸收是指处于低能级的原子吸收外界的光子，跃迁到高能级。
自发辐射则是处于高能级的原子自发地向低能级跃迁，并释放出光子。
但这些光子的频率、相位和方向都是随机的。
而受激辐射则是处于高能级的原子在受到外来光子的“刺激”时，向低能级跃迁，并释放出与外来光子频率、相位和方向完全相同的光子。
正是通过受激辐射，大量相同的光子得以产生，从而形成了具有高强度、高方向性和高单色性的激光。
三、激光的特性激光具有许多独特的特性，使其在众多领域中发挥着不可替代的作用。
1、高方向性激光的光线几乎是平行的，发散角非常小。
这使得激光能够在长距离传输过程中保持较高的能量密度，从而实现远距离的精确瞄准和能量传输。
2、高单色性激光的波长非常单一，颜色纯净。
这使得它在光谱分析、通信等领域具有重要的应用价值。
3、高亮度激光的亮度极高，能够在极小的面积上产生巨大的能量。
这使得激光在材料加工、医疗手术等领域能够实现高效的操作。
4、高相干性激光的光波在时间和空间上具有高度的一致性，这使得它在干涉测量、全息技术等领域有着广泛的应用。
四、激光的应用激光的应用领域极其广泛，涵盖了工业、医疗、通信、科研等众多方面。
1、工业领域在工业生产中，激光常用于材料加工，如激光切割、焊接、打孔等。
激光切割能够精确地切割各种材料，包括金属、塑料、玻璃等，切口光滑、精度高。
激光产生与发展
激光自从六十年代初发明激光器和观察到激光现象以来，激光原理、技术、应用等都获得蓬勃的发展。
对基础科学、生命科学、信息科技、军事技术、能源技术，先进制造机器，工农业的发展都已起着很大影响，预期对二十一世纪的科学与技术，国民经济与国防的发展，都将发挥越来愈重要的作用。
本文将就激光的形成与发展作一简要阐述。
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”。
它的亮度约为太阳光的100亿倍。
激光的原理早在1916 年已被著名的美国物理学家爱因斯坦发现，但直到1960 年激光才被首次成功制造。
激光是在有理论准备和生产实践迫切需要的背景下应运而生的，它一问世，就获得了异乎寻常的飞快发展，激光的发展不仅使古老的光学科学和光学技术获得了新生，而且导致整个一门新兴产业的出现。
激光可使人们有效地利用前所未有的先进方法和手段，去获得空前的效益和成果，从而促进了生产力的发展。
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。
激光的最初的中文名叫做“镭射”、“莱塞”，是它的英文名称LASER的音译，是取自英文Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation的各单词头一个字母组成的缩写词。
意思是“通过受激发射光扩大”。
激光的英文全名已经完全表达了制造激光的主要过程。
1964年按照我国著名科学家钱学森建议将“光受激发射”改称“激光”。
在过去的几十年里，激光正在一步一步的成长。
激光的发展史及现状
激光的分类
激光按波段分，可分为可见光、红外、紫外、 X光、多波长可调谐 ，目前工业用红外及紫外激 光。
例如： CO2激光器10.64um红外激光, 氪灯泵浦YAG激光器1.064um红外激光, 氙灯泵浦YAG激光器1.064um红外激光, 半导体侧面泵浦YAG激光器1.064um红外激 光。
激光器的分类
11555 15595
全球工业激光器产量台（套）
1200
975
1000
1011 1048
1094
800
600
400
200
0
其他 固体 CO2
2001年 40 446 489
2002年 40 468 504
2003年 37 488 523
2004年 37 510 547
全球工业激光器产值（百万美元）
亚洲
1545 1590
全球工业激光系统产值（百万元）
全球工业激光器情况
28000 21000
24245 20750
26509 27550
14000
7000
0
其他 固体 CO2
2001年 400 8900
11450
2002年 420
10425 13400
2003年 400
11255 14850
2004年 400
激光器的种类很多，可分为固体、气体、液体、半导体和染料等几种类型： • （ 1 ）固体激光器一般小而坚固，脉冲辐射功率较高，应用范围较广泛。如：Nd:YAG激光器。Nd
（钕）是一种稀土族元素，YAG代表钇铝石榴石，晶体结构与红宝石相似。 • （ 2 ）半导体激光器体积小、重量轻、寿命长、结构简单，特别适于在飞机、军舰、车辆和宇宙飞
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பைடு நூலகம்腔型红宝石脉泽)
探测宇宙微波背景辐射，探索宇宙起源 2.7K which supports the Bing Bang model of the universe
(钕玻璃激光) (光纤激光器)
(砷化镓半导体激光器)
patient: 病人 retinal tumor: 视网膜肿瘤
[ɔ: r'ɡænik]
Copyright to Kansas State University
课程基本情况
✓课程名称：激光物理导论 ✓课程性质：专业限选课 ✓授课学时：36 学时 (周2学时) ✓课程学分：2学分 ✓成绩评定：出勤 (40%)+小论文 (60%)
教材和参考书
教材(试用)：
阎吉祥等， 《激光原理与技术》， 高等教育出版社， 2011
气体激光器
固体激光器
液体激光器
半导体激光器
因对激光及其应用的创造性贡献而先后获诺贝尔 物理学奖的科学家共有10位.
The Nobel Prize in Physics1964
Charles Hard Townes
MIT Cambridge, Massachusetts,USA
Nicolay Gennadiyevich Basov
Stanford, CA, for devÉecloolepNmoermnatleof methToedchsntoolocgoyol
USA
and traSpupaértioeumres Pwairtish, laseGralitihgehrstburg, MD,
The Nobel Prize in Physics 1981
Nicolaas Bloembergen
Harvard University Cambridge, MA, USA
Arthur Leonard Schawlow
Stanford University Stanford, CA, USA
Kai M. Siegbahn
1.理论和技术基础：
✓ 1900年,普朗克提出能量子假说,获1918年诺贝尔物理学奖 ✓ 1905年,爱因斯坦提出光量子概念,获1921年诺贝尔物理学奖 ✓ 1913年,波尔提出原子能级假说,获1922年诺贝尔物理学奖 ✓ 1916年,爱因斯坦提出受激辐射概念
✓ 1946年,布洛赫提出粒子数反转概念 ✓ 1948年,柏塞尔发现粒子数反转现象,提出负温度的概念,
朱棣文
美国标准技术研究所(NIST)
The Nobel Prize in Physics 1997
Steven Chu
Claude Cohen-
William D. Phillips
Tannoudji
National Institute
Stanford University Collège de France; of Standards and
电光学)，Cambridge University Press，1996 (1998授权世界图书 出版公司北京分公司独家重印发行)
授课内容
第一章 激光的问世和发展 第二章 激光的特性及其应用 第三章 激光的物理基础和基本原理 第四章 光学谐振腔和高斯光束 第五章 常见的激光器 第六章 激光技术 第七章 激光与物质的相互作用
Uppsala University Uppsala, Sweden
for their contribution to the development of laser spectroscopy
(激光光谱学)
for his contribution to the development of high-resolution electron spectroscopy
参考书：
❖陈钰清和王静环，《激光原理》，浙江大学出版社，2010 ❖伍长征等，《激光物理学》，复旦大学出版社，1989 ❖张志刚，《飞秒激光技术》，科学出版社，2011 ❖C.Rullière,《Femtosecond Laser Pulses--Principles and
Experiments》, 科学出版社，2007 ❖Christopher C. Davis,《Lasers and Electro-Optics》(激光与
与布洛赫分享1952年诺贝尔物理学奖 ✓ 1949年,卡斯特勒发明光泵,1971年获得诺贝尔物理学奖
✓ 1957年,汤斯和肖洛最先发表激光器的详细方案，引 人激光的概念
✓ 1958年12月,肖洛和汤斯在《物理评论》上发表《红 外区和光学激射器》,论证将微波激射技术扩展到红外 区和可见光区的可能性。这是激光史上有重要意义的 历史文献。汤斯因此于1964年获诺贝尔物理学奖。
第一章 激光的问世和发展
激光 （Laser）
Light Amplification by Stimulated Emission of
Radiation (通过受激辐射实现光放大)
普通光源： 自发辐射占优势
激光光源： 受激辐射占优势
“激光”——钱学森在1964年建 议“镭射”——台湾、香 港
激光的问世
P.N. Lebedev Physical Institute Moscow, USSR
Aleksandr Mikhailovich Prokhorov
P.N. Lebedev Physical Institute Moscow, USSR
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.
2. 社会需要：
无线电电子学的发展对激光的促进 光源发展需要
波长为694.3nm
结构示意图
The first laser
MASER (脉泽,微波激射器)：通过受激辐射实现微波放大
1954年，第一台氨分子Maser建成，首次实现了粒子 数反转，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 成就获得1964年诺贝尔物理学奖。