激光的单色性和时间相干性PPT课件
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激光的单色性和时间相干性_图文
讨论狭缝宽度对干涉的影响
当2l逐渐增大时，可以看到屏 上的明暗条纹逐渐模糊起来
当2l增大到一定程度时，屏上 的明暗条纹将模糊到完全分不清 了。即观察不到干涉现象。
当狭缝宽度2l较大时，应分别 考虑从下分中央s0到至边缘各点 各自发出的光线。
每一点发出的光都会在屏幕上因干涉形成一套明暗条纹 如果各套明暗条纹相互错开，将由于相互重叠以至于变成模 糊一片，即观察不到干涉现象。
相干长度和相干时间
进一步讨论最大光程差max的物理意义
在迈克尔逊干涉仪中，当光程差一旦超过max，这两光
束就不再相干了
因此，max也称为相干长度，记为max=Lc 光通过相干长度所需要的时间称为相干时间，记c
因为
则
表明，光谱线的频率宽度越窄，相干时间就越长
在迈克尔孙干涉仪中，两束光线的光程差为，这相当于两 光束是由同一光源在不同时刻t1和t2先后发出的
将
改写为
并记
则有
（本教材直接给出的条件）
如果记
由于2很小，有
代入
得
此式表明，入射光一定时
若张角2=d/R固定，则狭缝宽度2l必小于/2，才能在屏处
观察到干涉条纹
若缝宽2l固定，则张角2必小于/2l，才能在屏处观察到干
涉条纹
光的这种相干性，称为空间相干性
相干面积
当满足 在屏上才能产生干涉条纹 将该装置绕z轴旋转90，实验结果不变
激光的单色性和时间相干性_图文.ppt
光谱线的频率宽度
越窄，光的单色性就越好 普通光源中，氪同位素86（Kr86）灯发出波长=605.7nm的 光谱线的单色性最好 单模稳频氦氖激光器发出=632.8nm的光谱线 二、激光的时间相干性 若同一光源在不同时刻发出的光在空间会合后能发生干涉，
当2l逐渐增大时，可以看到屏 上的明暗条纹逐渐模糊起来
当2l增大到一定程度时，屏上 的明暗条纹将模糊到完全分不清 了。即观察不到干涉现象。
当狭缝宽度2l较大时，应分别 考虑从下分中央s0到至边缘各点 各自发出的光线。
每一点发出的光都会在屏幕上因干涉形成一套明暗条纹 如果各套明暗条纹相互错开，将由于相互重叠以至于变成模 糊一片，即观察不到干涉现象。
相干长度和相干时间
进一步讨论最大光程差max的物理意义
在迈克尔逊干涉仪中，当光程差一旦超过max，这两光
束就不再相干了
因此，max也称为相干长度，记为max=Lc 光通过相干长度所需要的时间称为相干时间，记c
因为
则
表明，光谱线的频率宽度越窄，相干时间就越长
在迈克尔孙干涉仪中，两束光线的光程差为，这相当于两 光束是由同一光源在不同时刻t1和t2先后发出的
将
改写为
并记
则有
（本教材直接给出的条件）
如果记
由于2很小，有
代入
得
此式表明，入射光一定时
若张角2=d/R固定，则狭缝宽度2l必小于/2，才能在屏处
观察到干涉条纹
若缝宽2l固定，则张角2必小于/2l，才能在屏处观察到干
涉条纹
光的这种相干性，称为空间相干性
相干面积
当满足 在屏上才能产生干涉条纹 将该装置绕z轴旋转90，实验结果不变
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光谱线的频率宽度
越窄，光的单色性就越好 普通光源中，氪同位素86（Kr86）灯发出波长=605.7nm的 光谱线的单色性最好 单模稳频氦氖激光器发出=632.8nm的光谱线 二、激光的时间相干性 若同一光源在不同时刻发出的光在空间会合后能发生干涉，
激光技术课件ppt
ppt课件
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激光器图
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（二）激光器的种类
• • • 按运转（工作）方式分，有连续波、单 脉冲、重复脉冲和波长可调激光器等； 按激励方式分，有光激励、电激励、热 激励、化学激励和核激励激光器等； 按工作物质的不同，分为固体、气体、 半导体、染料、化学和自由电子激光器 等。
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3
二、激光的产生
受 激 吸 收
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4
自 发 辐 射
处于激 发态上的 原子很不 稳定，回 到基态后 即会放出 原子，称 为自发辐 射。
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受 激 辐 射
两个 光子在频 率、相位、 传播方向 上完全一 致。
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7
三、激光的特性
激光具有亮度高、单色性好、方 向性好、相干性好的特点。
ห้องสมุดไป่ตู้
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激光致盲武器
“军刀”(Saber)203的 激光照明系统，主要用于 照明、致盲和瞄准目标。 该装置采用镍镉电池供 电，工作波长为670纳米， 功率400毫瓦，有效照明距 离300米，重1.5磅，每枚 电池可连续运行30分钟， 100米处的光斑尺寸可在 1～10米之间变化。
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激光器的种类
１、固体激光器。用固体材料作为激 光器的工作物质。这类激光器的特 点是小而坚固，功率较高。 ２、气体激光器。用气体作为激光器 的工作物质。其特点是能以脉冲和 连续两种方式工作。
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激光器的种类
2024年度激光原理及应用PPT课件
4
激光的相干性比普通光 强很多，可用于精密测 量和全息照相等领域。
激光器组成及工作原理
激光器组成
激光器一般由工作物质、激励源和光学谐振腔三部分组成。
2024/3/24
工作原理
在激励源的作用下，工作物质中的电子被激发到高能级，形 成粒子数反转分布。当这些电子从高能级跃迁到低能级时， 会辐射出与激励源频率相同的光子，并在光学谐振腔内得到 放大和反馈，最终形成稳定的激光输出。
激光雷达
测距、成像、识别等多元化应 用
激光显示
高清晰度、大色域、节能环保
激光制造
高精度、高效率、无接触加工
2024/3/24
10
激光器类型及其特
03
点分析
2024/3/24
11
固体激光器
01
02
03
工作原理
通过激励固体增益介质（ 如晶体、玻璃等）中的粒 子，实现粒子数反转并产 生激光。
2024/3/24
根据实际需要，还可选择佩戴耳塞、手套 等个人防护装备，以降低激光对其他部位 的危害。
2024/3/24
24
未来发展趋势预测
06
与挑战分析
2024/3/24
25
新型激光器研发方向探讨
2024/3/24
新型材料激光器
探索新型增益介质，如量子点、二维材料等，提高激光器的性能 。
微型化与集成化
发展微型激光器，实现与其他光电器件的集成，推动光电子集成技 术的发展。
1960年，美国物理学家 梅曼制造出第一台红宝 石激光器
现代激光技术突破与创新
光纤激光器
高功率、高效率、光束质量好
量子级联激光器
覆盖中红外到太赫兹波段
2024/3/24
激光的相干性比普通光 强很多，可用于精密测 量和全息照相等领域。
激光器组成及工作原理
激光器组成
激光器一般由工作物质、激励源和光学谐振腔三部分组成。
2024/3/24
工作原理
在激励源的作用下，工作物质中的电子被激发到高能级，形 成粒子数反转分布。当这些电子从高能级跃迁到低能级时， 会辐射出与激励源频率相同的光子，并在光学谐振腔内得到 放大和反馈，最终形成稳定的激光输出。
激光雷达
测距、成像、识别等多元化应 用
激光显示
高清晰度、大色域、节能环保
激光制造
高精度、高效率、无接触加工
2024/3/24
10
激光器类型及其特
03
点分析
2024/3/24
11
固体激光器
01
02
03
工作原理
通过激励固体增益介质（ 如晶体、玻璃等）中的粒 子，实现粒子数反转并产 生激光。
2024/3/24
根据实际需要，还可选择佩戴耳塞、手套 等个人防护装备，以降低激光对其他部位 的危害。
2024/3/24
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未来发展趋势预测
06
与挑战分析
2024/3/24
25
新型激光器研发方向探讨
2024/3/24
新型材料激光器
探索新型增益介质，如量子点、二维材料等，提高激光器的性能 。
微型化与集成化
发展微型激光器，实现与其他光电器件的集成，推动光电子集成技 术的发展。
1960年，美国物理学家 梅曼制造出第一台红宝 石激光器
现代激光技术突破与创新
光纤激光器
高功率、高效率、光束质量好
量子级联激光器
覆盖中红外到太赫兹波段
2024/3/24
激光的单色性
图（a）：不选模时有5个纵模，二 模之间的间距为激光器的纵模间隔 （b）：标准具的透射曲线，在 νk 1 ,νk ,νk +1 有高透射率，且间距大 于激光器的纵模间隔。 （c）：5个纵模中只有一个能通过标准具， 因而形成振荡输出激光的只有一个纵模频率。
第八章 现代光学 ( Modern Optics) 8.5 激光的单色性 (Monochromaticity of laser) 3. 激光的单色性 (Monochromaticity of laser) 工作物质(如气体放电管)有一定的频率范围。 把工作物质放在光学谐振腔内，只有 （1）既是工作物质的谱线宽度内的 （2）又是满足谐振腔共振条件 这时的频率，才能形成激光输出。
第八章 现代光学 ( Modern Optics) 8.5 激光的单色性 (Monochromaticity of laser) 1. 谱线宽度 (breadth of spectral line)
●
原子发光时间 t 和频率宽度 ν成反比，
t =1/ ν
理想的单色光：频率宽度 ν → 0 ，这就要求 发光时间 t →∞ 任何光源，t和 ν 都有一定大小。即有一定 大小的谱线宽度 λ 叫自然宽度。
第八章 现代光学 ( Modern Optics) 8.5 激光的单色性 (Monochromaticity of laser) 3. 激光的单色性 (Monochromaticity of laser) 从谐振腔发射出来的光波频率数为 ν / ν '= 10 如果要求谐振腔只发射一个频率，则取氖 放电管长为10 cm 即可。
第八章 现代光学 ( Modern Optics) 8.5 激光的单色性 (Monochromaticity of laser) 3. 激光的单色性 (Monochromaticity of laser)
第八章 现代光学 ( Modern Optics) 8.5 激光的单色性 (Monochromaticity of laser) 3. 激光的单色性 (Monochromaticity of laser) 工作物质(如气体放电管)有一定的频率范围。 把工作物质放在光学谐振腔内，只有 （1）既是工作物质的谱线宽度内的 （2）又是满足谐振腔共振条件 这时的频率，才能形成激光输出。
第八章 现代光学 ( Modern Optics) 8.5 激光的单色性 (Monochromaticity of laser) 1. 谱线宽度 (breadth of spectral line)
●
原子发光时间 t 和频率宽度 ν成反比，
t =1/ ν
理想的单色光：频率宽度 ν → 0 ，这就要求 发光时间 t →∞ 任何光源，t和 ν 都有一定大小。即有一定 大小的谱线宽度 λ 叫自然宽度。
第八章 现代光学 ( Modern Optics) 8.5 激光的单色性 (Monochromaticity of laser) 3. 激光的单色性 (Monochromaticity of laser) 从谐振腔发射出来的光波频率数为 ν / ν '= 10 如果要求谐振腔只发射一个频率，则取氖 放电管长为10 cm 即可。
第八章 现代光学 ( Modern Optics) 8.5 激光的单色性 (Monochromaticity of laser) 3. 激光的单色性 (Monochromaticity of laser)
第一章 激光的基本原理及其特性
1913年波尔提出了原子中电子运动状态量子化假设。
1917年爱因斯坦从光量子概念出发，重新推导了黑体
辐射的普朗克公式，在推导中提出了两个极为重要地概
念：受激辐射和自发辐射。
（第一章）
物理与电子工程学院
《激光原理与技术》
原子的能级
• 基态
激发态
电子只能处于分立的能级，电磁辐射与物质的相互作用将 导致物质中电子能级的变化，当吸收或辐射能量时，可在 特 定的能级间跃迁；该能量为这两个能级的能量差，并且 该能量差唯一地决定了电磁辐射的频率： ∆Ed t 0
受激跃迁几 率
（第一章）
物理与电子工程学院
《激光原理与技术》
受激吸收的特点
原子的受激吸收几率与外界辐射场的频率有关 原子的受激吸收几率与受激爱因斯坦系数有关 原子的受激吸收几率与外来光辐射能量密度有关
（第一章）
物理与电子工程学院
《激光原理与技术》
光的受激辐射
入射光
h E 2 E 1
(t ) N u 0 e 1 Au 1 1
N u 0e
t
u
u u
Au i
物理与电子工程学院
《激光原理与技术》
自发辐射的特点
原子的自发辐射与原子的本身性质有关，与外界 辐射场无关 自发辐射的随机性，自发辐射光的相位、偏振态 和传播方向杂乱无章
光源发出的光的单色性、定向性很差。没有确定 的偏振状态。
原子数按能级分布
热平衡时，单位体积内处于各个能级上的原子数分布
玻尔兹曼分布律:
N2 N1
e
( E 2 E1 ) kT
高 能 级 低 能 级
物理与电子工程学院
激光ppt课件
利用激光的特定波长和能量对物质进行光谱分析，研究物质的组成和 结构。
激光雷达
利用激光的反射和散射特性对大气进行探测和研究，用于气象预报、 气候变化等领域。
激光冷却和囚禁原子技术
利用激光的相干性和偏振特性实现对原子的精确控制和囚禁，用于研 究量子力学和量子计算等领域。
激光操控和微纳加工技术
利用激光的强光束和高能量密度对微小颗粒和纳米材料进行精确操控 和加工，用于制造微型机械、传感器、集成电路等领域。
信、卫星还原度等特点，未来将逐渐取代传 统的显示技术，成为主流的显示方 式之一。
医疗领域
激光技术在医疗领域的应用将更加 广泛和深入，如激光手术、激光治 疗等，为医疗领域的发展提供更加 先进和安全的技术手段。
04
CATALOGUE
激光的安全与防护
激光的危害
激光辐射对眼睛的危害
01
高强度激光辐射直接照射眼睛，可能导致视网膜损伤、黄斑病
变等严重眼病。
激光辐射对皮肤的危害
02
激光辐射长时间照射皮肤，可能导致皮肤灼伤、色素沉着、皮
肤老化等问题。
激光辐射对其他生物体的危害
03
激光辐射可能对其他生物体产生影响，如影响植物的光合作用
、影响动物的视觉和行为等。
激光的安全标准
激光焊接
通过激光束的高能量密度实现 材料的快速、高效焊接，提高 焊接质量和效率。
激光打标
利用激光的高能量密度在各种 材料表面进行永久性标记，广 泛应用于产品追溯、防伪鉴别 等领域。
激光清洗
利用激光的强光束和高温去除 各种材料表面的污垢和杂质， 具有环保、高效、无损等优点
。
医疗美容
01
02
03
04
激光雷达
利用激光的反射和散射特性对大气进行探测和研究，用于气象预报、 气候变化等领域。
激光冷却和囚禁原子技术
利用激光的相干性和偏振特性实现对原子的精确控制和囚禁，用于研 究量子力学和量子计算等领域。
激光操控和微纳加工技术
利用激光的强光束和高能量密度对微小颗粒和纳米材料进行精确操控 和加工，用于制造微型机械、传感器、集成电路等领域。
信、卫星还原度等特点，未来将逐渐取代传 统的显示技术，成为主流的显示方 式之一。
医疗领域
激光技术在医疗领域的应用将更加 广泛和深入，如激光手术、激光治 疗等，为医疗领域的发展提供更加 先进和安全的技术手段。
04
CATALOGUE
激光的安全与防护
激光的危害
激光辐射对眼睛的危害
01
高强度激光辐射直接照射眼睛，可能导致视网膜损伤、黄斑病
变等严重眼病。
激光辐射对皮肤的危害
02
激光辐射长时间照射皮肤，可能导致皮肤灼伤、色素沉着、皮
肤老化等问题。
激光辐射对其他生物体的危害
03
激光辐射可能对其他生物体产生影响，如影响植物的光合作用
、影响动物的视觉和行为等。
激光的安全标准
激光焊接
通过激光束的高能量密度实现 材料的快速、高效焊接，提高 焊接质量和效率。
激光打标
利用激光的高能量密度在各种 材料表面进行永久性标记，广 泛应用于产品追溯、防伪鉴别 等领域。
激光清洗
利用激光的强光束和高温去除 各种材料表面的污垢和杂质， 具有环保、高效、无损等优点
。
医疗美容
01
02
03
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6激光工作特性-2
E
B -1 -2
g1=1－(L／R1) g2 =1一(L／R2)
50、O点表示g1=g2=0，即R1＝R2 =L ,说明两反 射面有共同的焦点，称为 共焦腔。
g1=1－(L／R1) g2 =1一(L／R2)
60、D点表示 g1=g2= 1，即 R1＝R2 = ，表示两反 射面是平面，所以是 平行平面腔。 说明：
1、今有一球面腔，R1＝1.5m, R2＝-1m, L=0.8m. 试证该腔为稳定腔。
证: 只要证明此式成立 L L 1 (1 )(1 )0 R1 R2
例1
0.8 0.8 (1 )(1 ) 0.467 1.8 0.84 1.5 1
1 0.84 0
证得该腔为稳定腔。
I cv nchv /
光子简并度越大，同一光子态的光的能量越大 激光的简并度是很高的，如He—Ne激光器
n 4 1011
对于普通光源到目前为止还没有发现 n 1 的
主要内容
<一>、光学谐振腔： 1 、谐振腔的结构及分类 2 、稳定腔 3、非稳腔
<二>、 激光产生的阈值条件
B
A 1 O E D
•C 1 k
g1
L L 1 (1 )(1 )0 R1 R2
非稳腔的特点： (1) 具有较大的模体积。
(2) 具有较好的选模能力。 (3) 能实现光束的侧向耦合输出: 非稳腔常用来产生高增益、大功率激光器。 4、谐振腔损耗的三个参数 10、单程损耗 20、光子寿命 g 30、谐振腔的品质因素 腔内存储的能量 Q 2v 每秒损耗的能量 L 2v g 2 v c
不推, 可参阅<激光原理>
2、 1 (1 )(1 )0 R1 R2
激光的特性
衍射的结果： 1、当光束通过一系列光阑后，其振幅和相位 的空间分布不可避免地逐次发生畸变，并 于最后趋向一定的稳定分我们用符号TEMmn来表示各种横向模式。 m,n均为非负整数，分别表示在x轴和y轴 方向上光强为零的那些零点的序数，称为 模式序数
3、激光的衍射损耗 N=a2/λl，称为菲涅尔数。N越大，则表示 衍射损耗越小。 衍射损耗除了与菲涅 尔数N有关外，还与谐 振腔的振荡模式有关， 不同模式的衍射损耗 是不同的。
衍射损失了激光的能量，却使激光具备了空 间相干性
（2）普通光源的相干性：
普通光源的相干性很差。在普通光源中， 受激辐射过程总是小于自发辐射过程。由 于后者总是占主导地位，所以普通光源所 发射的光相干性很差。
1、工业方面 2、医学方面 3、生活方面 4、军事方面 5、科学研究
激光在工业上，应用极为广泛，因为 激光在激光束聚焦在材料表面的时候能够 使材料熔化，使激光束与材料沿一定轨迹 作相对运动,从而形成一定形状的切缝。
激光切割机
激光在医学上的应用主要分三类： 激光生命科学研究、激光诊断、激 光治疗，其中激光治疗又分为：激 光手术治疗、弱激光生物刺激作用 的非手术治疗和激光的光动力治疗。
用单色仪分光后，通过狭缝可以得到时间 相干性比较好的光 用杨氏实验装置则可以得到空间相干性很 好的光
在迈克尔逊干涉仪 中，讨论的是两束 光的时间相干性
在杨氏实验中，讨 论的是两束光的空 间相干性
（3） 激光的相干性： I.时间相干性: 已知∆v=1/∆t，由于激光的单色性很好，所 以激光的相干时间很大，即激光的时间相 干性是很好的 II.空间相干性：光的衍射扩散使得光束截面 上的各点相互混合，相互关联，建立了空 间相干性。
激光安全及措施ppt课件
THANKS
感谢观看
在激光器输出端应设置光束终止 装置，以确保在意外情况下及时 切断激光束，减少人员伤害风险
。
激光操作安全防护措施
操作培训
个人防护装备
安全距离
紧急停机装置
操作人员应接受专业的激光安 全培训，了解激光器的特性、 潜在风险及安全操作规程。培 训内容包括但不限于激光器的 启动、关闭、调整等操作。
操作人员在接触激光器时，应 佩戴适当的个人防护装备，如 激光防护眼镜、防护服等，以 减少对眼睛和皮肤的潜在伤害 。
激光安全管理制度和标准
01
02
03
制度目标
制定激光安全管理制度， 确保激光设备的安全使用 ，防止激光对人员和环境 造成危害。
制度内容
明确激光设备的分类、标 识、使用、维护、检查等 方面的管理要求，规范激 光安全行为。
标准遵循
遵循国家相关激光安全标 准和行业标准，确保激光 安全管理制度的科学性和 有效性。
02
激光安全防护措施
激光器的安全设计
安全外壳
激光器应配备安全外壳，以防止 人员接触到激光束和激光器内部 部件。外壳应符合国际安全标准
，并配备适当的警示标识。
控制系统
激光器的控制系统应具备安全性 设计，包括防止误操作、防止未 经授权访问等措施。电子控制部 分应具备过流、过压、过热保护
功能。
光束终止装置
在操作激光器时，应确保人员 与激光器保持安全距离，避免 直接暴露在激光束中。同时， 应在激光器周围设置明显的安 全警示区域。
激光器应配备紧急停机装置， 以便在发生异常情况时迅速切 断激光输出，确保人员安全。 紧急停机装置应设置在易于触 及的位置，并定期检查其有效 性。
03
《激光加工技术》ppt课件
求在这些材料上打出又小又深的孔，例如，
钟表或仪表的宝石轴承，钻石拉丝模具， 化学纤维的喷丝头以及火箭或柴油发动机
中的燃料喷嘴等。这类加工任务，用常规 的机械加工方法很困难，有的甚至是不可 能的，而用激光打孔，那么能比较好地完 成任务。
激光打孔中，要详细理解打孔的材
料及打孔要求。从理论上讲，激光可以在任
何材料的不同位置，打出浅至几微米，深至
二十几毫米以上的小孔，但详细到某一台打
孔机，它的打孔范围是有限的。所以，在打
孔之前，最好要对现有的激光器的打孔范围
进展充分的理解，以确定能否打孔。
激光打孔的质量主要与激光器输出功
率和照射时间、焦距与发散角、焦点位置、
光斑内能量分布、照射次数及工件材料等因
素有关。在实际加工中应合理选择这些工艺
展激光焊接。激光焊接一般无需焊料和焊剂，
只需将工件的加工区域“热熔〞在一起即可， 如图7-12所示。
激光焊接速度快，热影响区小，焊接
质量高，既可焊接同种材料，也可焊接异种
材料，还可透过玻璃进展焊接。
1 2
3
4
1 — 激 光 ； 2 — 被 焊 接 零 件 ； 3 — 被 熔 化 金 属 ； 4 — 已 冷 却 的 熔 池
由内向外挪动，激光束便相应地熔化金
属层，使图像与声音记录下来。加工机
理是用激光热效应，是激光去除加工。
例。
淬硬表面
淬硬表面
(a) 圆 锥 表 面
(b) 铸 铁 凸 轮 轴 表 面
图5 激光外表强化处理应用实例
6〕 激光存储
是利用激光进展视频、音频、文
字资料、计算机信息等的存取。激光电
视唱片的制作可分为原版录制和复制两
激光原理与应用：相干性和单色性
PART FOUR
激光具有高相干性，能够实现精确的干涉和测量 激光具有单色性，能够提供单一波长的光束，适合于各种光谱分析和科学研究 激光具有高亮度，能够实现远距离的传输和聚焦 激光具有高方向性，能够实现定向照射和精确控制光束的传播方向
成本高昂：激光器及其配件价格昂贵，增加了使用成本 稳定性问题：激光的相干性和单色性可能导致稳定性问题，需要精密的调整和维护 安全性问题：激光的强能量和高亮度可能对眼睛和皮肤造成伤害，需要采取安全措施 应用范围有限：虽然激光在某些领域具有广泛的应用，但在其他领域的应用仍然有限
汇报人：XXX
相干性的应用：在光学干涉测量、光学显微镜、全息成像等领域有广泛应用
定义：激光的单色性是指激光的频率宽度极窄，具有高度单一的波长。
产生原因：由于激光的谐振腔对不同波长的光具有不同的反射系数，使得只有某一特定波长 的光能够通过谐振腔并被放大，从而实现单色性。
应用：单色性使得激光在光谱分析、光学通信、医学诊断等领域具有广泛的应用。
XXX,a click to unlimited possibilities
汇报人：XXX
CONTENTS
PART ONE
PART TWO
相干性定义：描述光波在空间不同点上相位关系是否一致的物理量
相干性与干涉现象：相干性好的光波能够产生明显的干涉现象，相干性差的光波则难以观察到干涉现象 激光的相干性：由于激光的相干性好，因此能够产生明显的干涉现象，这是激光的一个重要特性
优势：单色性好，能够实现高精度、高分辨率的测量和成像。
PART 表面形貌等 光学通信：利用相干光进行信息传输，提高通信质量和稳定性 光学雷达：利用相干激光雷达进行距离、速度、角度等测量 光学成像：利用相干激光进行高分辨率、高对比度成像
《激光基础知识》课件
感谢您的观看
汇报人：PPT
原理：通过发射激 光束并接收反射信 号，测量距离和速 度
应用：自动驾驶、 机器人、测绘等 领域
优势：精度高、 速度快、抗干扰 能力强
发展趋势：小型 化、低成本、高 可靠性
激光手术：用于眼科、皮肤科、 牙科等手术
激光治疗：用于癌症、心血管 疾病等疾病的治疗
激光诊断：用于医学影像、病 理诊断等领域
激光美容：用于皮肤美容、整 形等领域
激光的产生：通过受激辐射产生光子，形成激光 激光的特性：单色性、相干性、方向性和亮度高 激光的应用：通信、医疗、工业、军事等领域 激光的安全：激光操作需要遵守安全规定，防止眼睛和皮肤受到伤害
方向性好：激光束在传播过程中几乎不发散，具有很高的方向性。 亮度高：激光的亮度比普通光源高出数亿倍，甚至更高。 单色性好：激光的波长非常单一，具有很高的单色性。 相干性好：激光的相干性非常好，可以产生干涉、衍射等光学现象。
工业领域：激光切割、激光 焊接、激光打标等
医疗领域：激光手术、激光 美容等
科研领域：激光测距、激光 雷达、激光通信等
娱乐领域：激光投影、激光 表演等
激光的产生与控制
激光的产生原理： 受激辐射
激光的产生过程： 原子或分子吸收 能量后，从低能 级跃迁到高能级， 再跃迁回低能级， 释放出光子
激光的波长：取 决于产生激光的 原子或分子的能 级差
激光对生物体的影响主要体现在热效应、光化学 效应和生物效应三个方面。
热效应：激光照射生物体时，生物体吸收激光能 量，产生热效应，导致生物体组织温度升高，甚 至烧伤。
光化学效应：激光照射生物体时，生物体 吸收激光能量，产生光化学效应，导致生 物体组织发生化学反应，甚至破坏生物体 组织。
激光 教学ppt
激光雷达 激光武器 激光制导
五、激光与生活
激光全息 激光防伪 激光电影 激光演出
THANKS
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激光测距的优点
➢ 探测距离远测距精度高 ➢ 抗干扰性强 ➢ 保密性好 ➢ 体积小 ➢ 重量轻
三、激光医学
激光美容：治疗各种血管 性皮肤病及色素沉着，如 雀斑、老年斑等，以及去 纹身、洗眼线、洗眉、治 疗瘢痕等。 激光手术：激光手术刀、 激光纤维内窥镜、低功率 激光治疗及检测诊断等。
四、激光军事应用
4.高相干性
由于受激辐射的光子在相位、频率、波长、偏振上是一致的,再加之谐振腔的选模作 用,使激光束横截面上各点间有固定的相位关系,所以激光的空间相干性很好(由自发辐射 产生的普通光是非相干光)。激光为我们提供了最好的相干光源。正是由于激光器的问世 ,才促使相干技术获得飞跃发展,全息技术才得以实现。
Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation
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1 Part one 激光及其产生
激光简介
激光产生机理
光的产生
物质中的原子受到激发以后，原子能量增加处于不稳定状态，要向低能态跃迁，在向低能态跃迁的 过程中会发出光。
普通光源
普通光源(白炽灯、日光灯)的发光过程为自发辐射，各原子自发辐射发出的光彼此独立，频率、振动 方向、相位不一定相同——为非相干光。
激光
某些物质的原子中的粒子受光或电刺激，使低能级的原子变成高能级原子，在向低能态跃迁时辐射 出相位、频率、方向能完全相同的光，这种光叫做激光。
2 Part two 激光的特性
2.高亮度性 激光的发射角极小，它几乎是高度平等准直的光束，能实现定向集中发射。由于这
五、激光与生活
激光全息 激光防伪 激光电影 激光演出
THANKS
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激光测距的优点
➢ 探测距离远测距精度高 ➢ 抗干扰性强 ➢ 保密性好 ➢ 体积小 ➢ 重量轻
三、激光医学
激光美容：治疗各种血管 性皮肤病及色素沉着，如 雀斑、老年斑等，以及去 纹身、洗眼线、洗眉、治 疗瘢痕等。 激光手术：激光手术刀、 激光纤维内窥镜、低功率 激光治疗及检测诊断等。
四、激光军事应用
4.高相干性
由于受激辐射的光子在相位、频率、波长、偏振上是一致的,再加之谐振腔的选模作 用,使激光束横截面上各点间有固定的相位关系,所以激光的空间相干性很好(由自发辐射 产生的普通光是非相干光)。激光为我们提供了最好的相干光源。正是由于激光器的问世 ,才促使相干技术获得飞跃发展,全息技术才得以实现。
Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation
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1 Part one 激光及其产生
激光简介
激光产生机理
光的产生
物质中的原子受到激发以后，原子能量增加处于不稳定状态，要向低能态跃迁，在向低能态跃迁的 过程中会发出光。
普通光源
普通光源(白炽灯、日光灯)的发光过程为自发辐射，各原子自发辐射发出的光彼此独立，频率、振动 方向、相位不一定相同——为非相干光。
激光
某些物质的原子中的粒子受光或电刺激，使低能级的原子变成高能级原子，在向低能态跃迁时辐射 出相位、频率、方向能完全相同的光，这种光叫做激光。
2 Part two 激光的特性
2.高亮度性 激光的发射角极小，它几乎是高度平等准直的光束，能实现定向集中发射。由于这
周炳坤激光原理与技术课件第一章 激光的基本原理
1 Lc = cΔt = cτ c = c Δν
τ c 即相干时间。对波列进行
频谱分析的频带宽度：
I (ν0 )
I (ν )
1 Δν = Δt
I (ν 0 ) 2
Δν
Δν 是光源单色性的量度： 1 Lc = cΔt = c Δν
相干时间与频带宽度的关系为：
ν0
ν
（1.1.16）
τ c = Δt =
1 2
cπ ⎛ m 2 n2 q 2 ⎞ ωmnq = ⎜ 2 + 2 + 2 ⎟ η ⎝ 4a 4b l ⎠ 结论：不考虑偏振态的情况下，一组(m、n、q)值 对应一个模，求出(m、n、q)值的数目就可以得到 空腔中的模数
1 2
（二）、波矢空间和模密度 1、波矢空间 ——用 k x 、 y 、 z 作为坐标建立的空间称为波矢空间 k k
2
ν
k=
2π
λ
=
2πνη c
2πη dk = dν c
模密度 nν ——单位体积内在频率ν 处单位频率间隔内的模式数：
Nν 8πν 2η 3 = nν = Vdν c3
（*）
（三）、光子状态相格
光子的运动状态，受量子力学测不准关系制约——微观粒子 的坐标和动量不能同时准确测定，遵循测不准关系：
一维： 三维：
Δk z =
π
l
⎛ 2π ⎞ 且有： k = k + k + k = ⎜ ⎟ ⎝ λ ⎠ 2 ⎛ 2 ⎞ m2 n2 q2 = + 2 + 2 ⎜ 2 ⎜ λ mnq ⎟ ⎟ 4a 4b l ⎝ ⎠
2 2 2 x 2 y 2 z
ν mnq
c ⎛ m2 n2 q 2 ⎞ = ⎜ 2+ 2+ 2 ⎟ l ⎠ 2η ⎝ 4a 4b
激光技术ppt课件
超快激光技术面临的挑战主要包括如何提高激光器的重复 频率和稳定性，如何降低制造成本和提高生产效率，以及 如何解决超快激光对材料和环境的影响等问题。
光子晶体与光子集成电路
光子晶体是指具有光子带隙的人工微结构材料，能够控制光子在特定频率范围内 的传播。光子集成电路则是指将光子器件集成在一块芯片上，实现光子器件之间 的相互作用和光子信号的处理。
光动力治疗
利用特定波长的激光激活 光敏剂，产生光化学反应 ，杀伤病变细胞，常用于 治疗肿瘤等疾病。
激光美容
利用激光的能量对皮肤进 行美白、祛斑、除皱等治 疗，具有无创、无痛、无 副作用等优点。
激光雷达
激光雷达测距
利用激光对目标进行测距，具有精度 高、响应速度快等优点，常用于地形 测绘、无人驾驶等领域。
光器。
激光器的性能参数
输出功率
表示激光器的输出能量，单位 为瓦特。
光束质量
表示激光束的发散角、光束直 径和光束质量因子等参数。
波长与光谱宽度
表示激光的频率范围和光谱宽 度。
稳定性与可靠性
表示激光器的稳定性和可靠性 ，包括温度稳定性、寿命和故
障率等参数。
03 激光技术的基本特性
激光的相干性
相干性定义
相干性描述了光波之间的相互影响和关联程度。在激光中，相干性 是指光波在时间和空间上的有序性和规则性。
相干性的重要性
相干性决定了激光的干涉和衍射现象，是实现激光高精度、高效率 加工的关键因素。
相干性的应用
利用激光的相干性，可以实现干涉测量、光学通信、全息成像等技 术。
激光的偏振性
偏振性的定义
偏振性是指光波的电矢量或磁矢 量在传播方向上的振动特性。在 激光中，偏振态是指光波电矢量
光子晶体与光子集成电路
光子晶体是指具有光子带隙的人工微结构材料，能够控制光子在特定频率范围内 的传播。光子集成电路则是指将光子器件集成在一块芯片上，实现光子器件之间 的相互作用和光子信号的处理。
光动力治疗
利用特定波长的激光激活 光敏剂，产生光化学反应 ，杀伤病变细胞，常用于 治疗肿瘤等疾病。
激光美容
利用激光的能量对皮肤进 行美白、祛斑、除皱等治 疗，具有无创、无痛、无 副作用等优点。
激光雷达
激光雷达测距
利用激光对目标进行测距，具有精度 高、响应速度快等优点，常用于地形 测绘、无人驾驶等领域。
光器。
激光器的性能参数
输出功率
表示激光器的输出能量，单位 为瓦特。
光束质量
表示激光束的发散角、光束直 径和光束质量因子等参数。
波长与光谱宽度
表示激光的频率范围和光谱宽 度。
稳定性与可靠性
表示激光器的稳定性和可靠性 ，包括温度稳定性、寿命和故
障率等参数。
03 激光技术的基本特性
激光的相干性
相干性定义
相干性描述了光波之间的相互影响和关联程度。在激光中，相干性 是指光波在时间和空间上的有序性和规则性。
相干性的重要性
相干性决定了激光的干涉和衍射现象，是实现激光高精度、高效率 加工的关键因素。
相干性的应用
利用激光的相干性，可以实现干涉测量、光学通信、全息成像等技 术。
激光的偏振性
偏振性的定义
偏振性是指光波的电矢量或磁矢 量在传播方向上的振动特性。在 激光中，偏振态是指光波电矢量
第1章-激光的物理基础
k 2z q 2
k q z
x
结论
z
(jiélù
y
n)
➢ 不同(bù tónɡ)的光波模式以不同(bù tónɡ)的波矢k来区分
➢同一波矢k对应着两个(liǎnɡ ɡè)具有不同偏振方向的模
2022/1/22
15
第十五页，共76页。
2.空腔内的光波(guāngbō)模式数
设空腔为V xyz的立方体,则波矢k的三个分量 应满足条件:
在六维相空间， 子一 态个 所光 占的体积元为：
xyzP xPyP zh3
一个光子态对应间 的体 相积 空元称为相格
一个光子态所占的坐标空间体积为：
xyz
h3
PxPyPz
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24
第二十四页，共76页。
3.光子(guāngzǐ)状态数
计算 V 内 空， 间 P 动 ~ 体 P d 量 P 积 区处 间于 的
2 h
2 kn 0
n0为光子运动方向(平面光波传播方向)上的单位矢量。
2022/1/22
21
第二十一页，共76页。
(4)光子具有两种可能的独立偏振状态，对应于光波场的两个 独立偏振方向。
(5)光子具有自旋，并且自旋量子数为整数。因此大量光子的 集合，服从玻色—爱因斯坦统计规律。处于同一状态的光 子数目是没有(méi yǒu)限制的，这是光子与其它服从费米 统计分布的粒子(电子、质子、中子等)的重要区别。
其中(qízhōng)， 为 光程差
频率在 0
/2～ 0
某一考察点处干涉的强度为
/2的非单色光在空间(kōngjiān)
I2I01sinccos2c0
c
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对Kr86 0.00047nm
605.7nm
m
a
有限
x
对HeNe Laser
108 nm 632.8nm
m
达数公里
ax
相干长度和相干时间
进一步讨论最大光程差max的物理意义
在迈克尔逊干涉仪中，当光程差一旦超过max，这两光
束就不再相干了
因此，max也称为相干长度，记为max=Lc
光通过相干长度所需要的时间称为相干时间，记c
c
Lc c
因为
max
Lc
cc
2
则
cc
c
cc
c
c 1
表明，光谱线的频率宽度越窄，相干时间就越长
在迈克尔孙干涉仪中，两束光线的光程差为，这相当于两 光束是由同一光源在不同时刻t1和t2先后发出的
I0 0 I ( )d 0 I0g( )d I0 0 g( )d
所以g()应满足
0 g( )d 1
g()是以频率为横坐标，光的相对强度为纵坐标，来描述光 谱线的，成为光谱线的线型函数
光谱线的频率宽度
g( )
g( 0 )
1 2
g
(
0
)
2 1 c
d
c
2
d
d d
d d
, 越窄，光的单色性就越好 1 0 2
普通光源中，氪同位素86（Kr86）灯发出波长=605.7nm的
光谱线的单色性最好 0.00047nm 单模稳频氦氖激光器发出=632.8nm的光谱线 108 nm
观察到干涉条纹
若缝宽2l固定，则张角2必小于/2l，才能在屏处观察到干
涉条纹
光的这种相干性，称为空间相干性
相干面积
光在屏上的条纹相互错开
s01
2l s0 s02
s1
d
s2
屏 P
01
0
ld R
可以看出，当满足 ld
R2
这两套条纹才不至于明暗重叠
换句话说，当狭缝的宽度2l曾大到
R
D
2l R 时，屏上将变成一片模糊
d
将 ld
R2
s1
x
改写为 2ld
R
并记 2l x d Lx
因此，波长宽度为的光能够在屏幕形成合成强度明暗交
替的条件是：
m ax
K
1
2
K
2
max 称为最大光程差 因为 由上式得
K
max
2
max
2
可见，光谱线波长一定时，其越窄，max越长
每一点发出的光都会在屏幕上因干涉形成一套明暗条纹
如果各套明暗条纹相互错开，将由于相互重叠以至于变成模 糊一片，即观察不到干涉现象。
下面做定量分析计算
s01
2l s0 s02
s1
d
s2
R
D
屏 P
只分别考虑从中央s0和边缘处 s01各自发出的光线在P点的光程差
0 S2P S1P
01 S01S2 S2P S01S1 S1P
二、激光的时间相干性
若同一光源在不同时刻发出的光在空间会合后能发生干涉，
则称这两部分光具有时间相干性，这两时刻之差c称相干时间
结合迈克尔逊干涉仪分析
M2 反射镜 1 M 1
单 色
G1 G2
光
源
M2
反 射 镜 2
若是理想单色光 M2移动半个波长，屏幕光强交替变化一次
当光谱线有一定宽度时（），会有什么影响呢？
考虑从 到 的每一波长的情况 画出边缘两波长2的光在屏幕出2的亮度随光程差的变化情况
2
2
当光程差达到某个数值max时，
波长为
2
的第K+1个强度峰值与波长为
个强度峰值将重叠在一起
2
的第K
从此以后，光程差再增加屏幕处则不能观察到合成强度的明暗 交替现象了。
屏
A d
s1
Psds2源自R讨论狭缝宽度对干涉的影响
s01
2l s0 s02
s1
d
s2
R
D
屏
P
当2l逐渐增大时，可以看到屏
上的明暗条纹逐渐模糊起来
当2l增大到一定程度时，屏上 的明暗条纹将模糊到完全分不清 了。即观察不到干涉现象。
当狭缝宽度2l较大时，应分别 考虑从下分中央s0到至边缘各点 各自发出的光线。
激光的单色性和时间相干性
一、（激）光的单色性 同一原子从E2跃迁至E1，发出频率为的光 实际上，光谱线总有一定的频率宽度 这是由于原子能级总有一定的宽度引起的
E2 E1
h
图示为一条光谱线的光强按频率的分布
I ( )
在不同的频率d内，光强是不同的，
用g()表示这种分布，则
I ( )d I0g( )d
S01S2 S01S1 0
由几何关系，有
S01S2 2
R2
d 2
l
2
S01S1 2
R2
d 2
2
l
二式相减，得 S01S2 2 S01S12 S01S2 S01S1S01S2 S01S1 所以由于S001S1比2 S0多01S了1一 l个Rd 恒即定的2光R01程S0差1S2，0所lSRd以01S从1这两2l点d 发出的
若 Lc，则 t2 - t1 c ，这两束光就是相干的。
所以，由同一个光源在相干时间c内不同时刻发出的光，经
过不同的路程相遇，将能产生干涉。
光的这种相干性，称为时间相干性
SUCCESS
THANK YOU
2019/7/22
三、激光的空间相干性
从面积为A的光源发出的，并且通过与光源相距R且与传播 方向垂直的面上相距不超过d的两点的光，在空间再度会合时， 如能发生干涉，则称空间这两点的光具有空间相干性
则有 xLx
Lx
R
z （本教材直接给出的条件）
s2 R
s01
2l s0 s02
s1
d
s2
R
D
屏 P
01
0
ld R
ld
R2
如果记 s1s0s2 2
由于2很小，有
2 d
l
代入 ld
R2
得
2l 2
此式表明，入射光一定时
若张角2=d/R固定，则狭缝宽度2l必小于/2，才能在屏处