激光原理ppt课件
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第1章陈鹤鸣激光原理ppt课件
或
单色型最好的普通光源氪同位素86， / 106
氦氖激光器， / 1010 ~ 1013
5
3. 相干性好 相干条件：振动方向相同、频率相同、相位差恒定。
激光：相干光
普通光源：非相干光
普通光源是发光中心的自发辐射过程，不同发光中心发出 的波列，或同一发光中心在不同时刻发出的波列相位都是随 机的。
S
(
)2
—光束平面发散角
对于普通光源，只有当光束发散角小于某一限度，光束才
具有明显的空间相干性。
对于激光来说，所有属于同一个横模模式的光子都是空间 相干的，不属于同一个横模模式的光子则是不相干的。
空间相干性的演示
9
4. 高亮度
亮度：光源的明亮程度，主观量
光源在单位面积、单位频带宽度、单位立体角内发射的光功率
14
5. 激光在国防科技领域的应用 激光作为武器在军事上应用的形式千变万化，但是基本上
可以分为三个主要部分：追踪、寻的系统（即正确判定攻击 目标的位置和性质的系统）；发射实施摧毁性打击的高能激 光系统；辅助的控制和通信系统。
激光摧毁导弹
15
激光制导
激光武器是利用高能量密度激光束代替子弹的新型武器， 是武器装备发展历程中继冷兵器、火器和核武器等之后又一 个重要里程碑。它以光束作战的迅速反应能力，外科手术式 杀伤的高效作战方式。以及特别适合于反卫星和破坏敌方信 息系统，使其成为新一代主战兵器。
16
6. 激光在科学技术前沿问题中的应用 ➢ 光谱分析是研究物质结构的重要手段，激光技术与经典光 谱学相结合形成的激光光谱学，具有频率、空间和时间上的 高分辩率，可以进一步揭示物质的微观结构。 ➢ 激光诱导的惯性约束核聚变是产生可控核聚变的一种途径。 ➢ 激光束照亮了超微世界，它呈现的超快或超窄脉冲（时间 域）帮助人们了解微观世界中的原子、分子结构。 ➢ 激光可以作为光学镊子应用于分子生物学领域中对微生物、 染色体、细胞等微粒的操作。 ➢ 激光化学也是激光的重要应用领域。
《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。
THANKS
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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。
激光原理及应用PPT课件
激光治疗
通过激光照射病变组织，达到治 疗目的，如激光治疗近视、祛斑
等。
激光手术
利用激光进行微创手术，具有出 血少、恢复快、精度高等优点， 如激光心脏手术、激光眼科手术
等。
激光诊断
利用激光光谱技术对人体组织进 行检测和分析，为疾病诊断提供
依据。
军事国防领域应用
激光雷达
利用激光雷达进行目标探测、识别和跟踪，具有高分辨率、抗干 扰能力强等特点。
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。
新型激光技术
研究新型激光技术，如光纤激光器、化学激光器等，拓展激光器的 应用领域。
高功率、高效率、高稳定性挑战
高功率激光器
提高激光器的输出功率，满足高能激光武器、激光聚变等领域的 需求。
高效率激光器
优化激光器的能量转换效率，降低能耗，提高激光器的实用性。
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。
特点
结构紧凑、效率高、光束 质量好。
应用领域
工业加工、医疗、科研等。
气体激光器
工作原理
利用气体放电激励气体分子或原子， 使其产生能级跃迁并辐射出激光。
特点
应用领域
激光切割、焊接、打孔等工业应用。
输出功率大、光束质量好、效率高。
激光原理及应用PPT课 件
contents
目录
• 激光原理基本概念 • 激光技术发展历程及现状 • 激光器类型及其特点分析 • 激光在各领域应用案例分析 • 激光安全问题及防护措施探讨 • 未来发展趋势预测与挑战分析
激光原理基本概念
激光原理与技术完整ppt课件
够存在于腔内的驻波(以某一波矢k为标志)称为电磁被的模式或光波模。一种模式是电
磁波运动的一种类型，不同模式以不同的k区分。同时，考虑到电磁波的两种独立的偏振，
同一波矢k对应着两个具有不同偏振方向的模。
精选ppt
9
下面求解空腔v内的模式数目。设空腔为V=ΔxΔyΔz的立方体，则沿三个
坐标轴方向传播的波分别应满足的驻波条件为
第八章 激光器特性的控制和改善
8.1 模式选择 8.2 频率稳定 8.3 Q调制 8.4 注入锁定 8.5 锁模
精选ppt
5
第九章 激光器件
9.1 固体激光器 9.2 气体激光器 9.3 半导体激光器 9.4 染料激光器
精选ppt
6
第一章 激光的基本原理
本章概激光器基本原理。讨论的重点是光的相干性和光波模式的联系、光的受激辐
（1.1.4）
式中E0为光波电场的振幅矢量，ν为单色平面波的频率，r为空间位置坐标矢量，k为波
矢。而麦克斯韦方程的通解可表为一系列单色平面波的线性叠加。
在自由空间，具有任意波矢k的单色平面波都可以存在。但在一个有边界条件限制的
空间V(例如谐振腔)内，只能存在一系列独立的具有特定波矢k的平面单色驻波。这种能
第六章 激光器的放大特性
6.1 激光放大器的分类 6.2 均匀激励连续激光放大器的增益特性 6.3 纵向光均匀激励连续激光放大器
的增益特性 6.4 脉冲激光放大器的增益特性 6.5 放大的自发辐射（ASE） 6.6 光放大的噪声
精选ppt
4
第七章 激光振荡的半经典理论
7.1 激光振荡的自洽方程组 7.2 原子系统的电偶级距 7.3 密度距阵
二、光波模式和光子状态相格 从上面的叙述已经可以看出，按照量子电动力学概念，光波的模式和光子的状态是等
激光原理概述课件
听力损伤
高强度激光产生的噪声可能对听力造 成损害。
激光安全标准与等级
国际标准
激光产品的安全等级按照
IEC 60825系列标准进行
划分，分为Class
1、
Class 2、Class 3等不同等
级。
国内标准
我国参照国际标准制定了 相应的激光产品安全标准 ，如GB 7247系列标准。
行业标准
不同行业根据自身特点制 定相应的激光安全标准， 如医疗行业、工业加工行 业等。
手段。
激光技术应用
医疗领域
激光在医疗领域的应用包括手术、美 容、眼科治疗等，具有创伤小、恢复 快的优点。
科研领域
激光在光谱分析、量子通信、光学陷 阱等领域发挥着重要作用，推动了科 学研究的进步。
工业领域
激光在加工、焊接、打标等领域的应 用提高了生产效率和产品质量。
军事领域
激光在武器制导、通信加密、防御系 统等方面具有重要的应用价值。
放大
当有大量原子处于激发态时，它们释放出的光子会相互作用并产生更多的光子， 形成光的放大效应。
激光器的基本组成
01
02
03
激活介质
激光器中的工作物质，通 常是气体、液体或固体， 它能实现光的受激辐射放 大。
泵浦源
为激活介质提供能量，使 其中的原子或分子被激发 到高能级。
谐振腔
由反射镜构成，用于选频 、共振和放大，使特定波 长的光在两个反射镜之间 来回反射并不断放大。
激光原理概述课件
BIG DATA EMPOWERS TO CREATE A NEW
ERA
• 激光原理简介 • 激光产生原理 • 激光特性与技术 • 激光安全与防护 • 未来激光技术展望
高强度激光产生的噪声可能对听力造 成损害。
激光安全标准与等级
国际标准
激光产品的安全等级按照
IEC 60825系列标准进行
划分，分为Class
1、
Class 2、Class 3等不同等
级。
国内标准
我国参照国际标准制定了 相应的激光产品安全标准 ，如GB 7247系列标准。
行业标准
不同行业根据自身特点制 定相应的激光安全标准， 如医疗行业、工业加工行 业等。
手段。
激光技术应用
医疗领域
激光在医疗领域的应用包括手术、美 容、眼科治疗等，具有创伤小、恢复 快的优点。
科研领域
激光在光谱分析、量子通信、光学陷 阱等领域发挥着重要作用，推动了科 学研究的进步。
工业领域
激光在加工、焊接、打标等领域的应 用提高了生产效率和产品质量。
军事领域
激光在武器制导、通信加密、防御系 统等方面具有重要的应用价值。
放大
当有大量原子处于激发态时，它们释放出的光子会相互作用并产生更多的光子， 形成光的放大效应。
激光器的基本组成
01
02
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激活介质
激光器中的工作物质，通 常是气体、液体或固体， 它能实现光的受激辐射放 大。
泵浦源
为激活介质提供能量，使 其中的原子或分子被激发 到高能级。
谐振腔
由反射镜构成，用于选频 、共振和放大，使特定波 长的光在两个反射镜之间 来回反射并不断放大。
激光原理概述课件
BIG DATA EMPOWERS TO CREATE A NEW
ERA
• 激光原理简介 • 激光产生原理 • 激光特性与技术 • 激光安全与防护 • 未来激光技术展望
激光原理及应用ppt课件
• 声光调Q是一种广泛使用的 Q开关方式，其有重复频率高、性能可靠的优点。
激光调制前
激光调制后
4.机械运动系统
• 基片送入后，高精度伺服电机在微机的控制下转动振镜的角度；
• 激光束通过扫描镜的反射，由f-θ场镜聚焦到基片的边缘位置上；
• 在微机上通过专用的控制软件输入总的清边面积、激光束的行走速度 和需要重复的次数；
E2
E2
E1
E1
自发辐射跃迁
自发辐射光子
c. 受激辐射（激光）: 当频率为=ν（E2-E1）/h的光子入射时，会引发粒子以一定的概率，迅 速地从能级E2跃迁到能级E1，同时辐射一个与外来光子频率、相位、偏振态以及传播方向都 相同的光子。
E2
E2
入射光子
E1
E1
受激辐射光子 入射光子
受激辐射跃迁 3-2 粒子数反转
(Top flat)
高斯
多元高斯
• 减少脉冲时间，高的峰值能量，更多的能量密度
Less pulse time, high peak power more energy density
能量密度=功率/频率/光斑面积
pulse
1.1uW/um=220W/20KHz/900um2
Hz
4.重叠率计算——Overlap
全反光镜
反光镜： （越75%
）
Shutter
激光器外形 接光纤
Q-Switch
晶体腔
功率计
激光器内部分解图（P4）
Q-Switch 半反镜
晶体腔 光纤耦合器
镜头聚焦原理——凸透镜
激光刻划原理——以P1为例
光斑
1.Beam Shaping （激光束形状）
• 一般的激光都为高斯分布的波形，即高斯光束，为实现特殊的制程需求，需要转变 成为扁平式波形的平顶光束，即Top Hat，通过透镜组改变光束质量和形状产生。
激光调制前
激光调制后
4.机械运动系统
• 基片送入后，高精度伺服电机在微机的控制下转动振镜的角度；
• 激光束通过扫描镜的反射，由f-θ场镜聚焦到基片的边缘位置上；
• 在微机上通过专用的控制软件输入总的清边面积、激光束的行走速度 和需要重复的次数；
E2
E2
E1
E1
自发辐射跃迁
自发辐射光子
c. 受激辐射（激光）: 当频率为=ν（E2-E1）/h的光子入射时，会引发粒子以一定的概率，迅 速地从能级E2跃迁到能级E1，同时辐射一个与外来光子频率、相位、偏振态以及传播方向都 相同的光子。
E2
E2
入射光子
E1
E1
受激辐射光子 入射光子
受激辐射跃迁 3-2 粒子数反转
(Top flat)
高斯
多元高斯
• 减少脉冲时间，高的峰值能量，更多的能量密度
Less pulse time, high peak power more energy density
能量密度=功率/频率/光斑面积
pulse
1.1uW/um=220W/20KHz/900um2
Hz
4.重叠率计算——Overlap
全反光镜
反光镜： （越75%
）
Shutter
激光器外形 接光纤
Q-Switch
晶体腔
功率计
激光器内部分解图（P4）
Q-Switch 半反镜
晶体腔 光纤耦合器
镜头聚焦原理——凸透镜
激光刻划原理——以P1为例
光斑
1.Beam Shaping （激光束形状）
• 一般的激光都为高斯分布的波形，即高斯光束，为实现特殊的制程需求，需要转变 成为扁平式波形的平顶光束，即Top Hat，通过透镜组改变光束质量和形状产生。
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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《激光原理》PPT课件
2024/1/28
28
前沿动态及发展趋势预测
超快激光技术
实现飞秒、皮秒级超短脉冲输出，用 于精密加工、生物医学等领域。
高功率激光技术
发展高能量、高效率的激光器，应用 于国防、能源等领域。
2024/1/28
激光显示技术
利用激光作为光源的显示技术，具有 色域广、亮度高等优点，是未来显示 技术的重要发展方向。
概述光纤激光器的工作原理、 优势及在通信、传感等领域的 应用前景。
其他典型固体激光器
简要介绍其他类型的固体激光 器，如半导体激光器、拉曼激
光器等。
10
03
气体激光器原理与技术
2024/1/28
11
气体放电过程及发光机制
01
02
03
气体放电基本概念
电子与气体原子或分子碰 撞，引发电离和激发过程 ，产生带电粒子和光子。
液体染料激光器技术特点பைடு நூலகம்
具有宽调谐范围、高转换效率、短脉冲输出等优点。同时 ，液体染料激光器也存在染料稳定性差、需要定期更换等 缺点。
液体染料激光器应用领域
广泛应用于光谱学、生物医学、光化学等领域。例如，可 用于荧光光谱分析、激光医疗、光动力疗法等。
16
半导体材料发光机制及器件结构
2024/1/28
利用半导体材料的特性实现受激辐射，具有 体积小、效率高、寿命长等优点，广泛应用 于通信、显示等领域。
2024/1/28
6
02
固体激光器原理与技术
2024/1/28
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固体激光材料及其发光机制
2024/1/28
固体激光材料种类与特性
01
包括晶体、玻璃、陶瓷等，具有不同的发光特性和应用场景。
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
激光原理与技术PPT(很全面)
04
激光与物质相互作用
激光与物质相互作用的基本过程
激光束在物质中的传播
包括反射、折射、吸收和散射等现象。
激光与物质相互作用的机理
包括光热作用、光电效应、光化学效应等。
激光与物质相互作用的特点
如高能量密度、高亮度、高方向性等。
激光加工原理及应用
1 2
激光加工的基本原理
通过高能激光束对材料进行加热、熔化、汽化或 达到其他物理或化学变化，以实现加工目的。
应用领域
适用于气体、液体和固体等多种介质的流速测量，如风速测量、 血流速度测量等。
激光光谱分析技术
光谱原理
不同物质具有不同的光谱特征，通过测量物质的光谱信息可以分析 其成分和性质。
分析方法
包括激光拉曼光谱分析、激光荧光光谱分析等，可用于物质的定性、 定量分析。
应用领域
广泛应用于化学、生物、医学、环境等领域，如药物分析、环境监测 等。
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。
特性
方向性好，亮度高，单色 性好，相干性好。
应用领域
激光加工、激光测距、激 光雷达、激光通信、激光 治疗等。
02
激光器类型及技术
固体激光器
晶体激光器
使用掺杂稀土元素的晶体 作为增益介质，如Nd:YAG 激光器。
《激光原理》课件-2024鲜版
利用非线性光学效应，如二次谐波产 生（SHG）和光参量振荡（OPO）， 可以实现激光频率的转换，从而获得 不同波长的激光输出。
光束整形
光开关和光限幅
利用非线性光学材料的特性，可以制 作光开关和光限幅器，用于控制激光 的传输和输出。
通过非线性光学过程，可以对激光光 束进行整形，如光束聚焦、光束分裂 和光束合成等。
量子级联激光器性能特点
低阈值电流、高光增益、宽波长调谐范围、高输出功率等。
2024/3/27
应用领域
光纤通信、光存储、光显示、激光雷达、医疗诊断与治疗、科研与军事等。其中，光纤通信是半导体激光器 和量子级联激光器最主要的应用领域之一。在光纤通信中，它们被用作光源，将电信号转换为光信号进行传 输。
24
2024/3/27
准分子激光器
准分子激光器以稀有气体卤化物为工作物质，其输出波长在紫外波段。准分子激光器具有脉 冲能量大、重复频率高等优点，被广泛应用于科研和医疗等领域。
14
04
液体激光器与光纤激光器
2024/3/27
15
液体激光器结构及工作原理
2024/3/27
结构组成
液体激光器主要由激光工作物质 （如染料溶液）、泵浦源、光学谐 振腔等部分组成。
2024/3/27
性能特点
气体激光器具有输出功率大、光束质量好、效率高、寿命长等优点。同时，它们还 具有较宽的波长调谐范围和较高的重复频率。
应用领域
气体激光器在科研、工业、医疗等领域有着广泛的应用。例如，CO2激光器可用于 切割、焊接和打孔等工业加工过程；He-Ne激光器则常用于精密测量和光学实验等 领域。
量子级联激光器利用量子阱结构中的量子限 制效应，使得电子和空穴在量子阱内复合并 释放出能量。通过串联多个量子阱结构，可 以实现更高的光增益和更低的阈值电流，从 而提高激光器的性能。
光束整形
光开关和光限幅
利用非线性光学材料的特性，可以制 作光开关和光限幅器，用于控制激光 的传输和输出。
通过非线性光学过程，可以对激光光 束进行整形，如光束聚焦、光束分裂 和光束合成等。
量子级联激光器性能特点
低阈值电流、高光增益、宽波长调谐范围、高输出功率等。
2024/3/27
应用领域
光纤通信、光存储、光显示、激光雷达、医疗诊断与治疗、科研与军事等。其中，光纤通信是半导体激光器 和量子级联激光器最主要的应用领域之一。在光纤通信中，它们被用作光源，将电信号转换为光信号进行传 输。
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2024/3/27
准分子激光器
准分子激光器以稀有气体卤化物为工作物质，其输出波长在紫外波段。准分子激光器具有脉 冲能量大、重复频率高等优点，被广泛应用于科研和医疗等领域。
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液体激光器与光纤激光器
2024/3/27
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液体激光器结构及工作原理
2024/3/27
结构组成
液体激光器主要由激光工作物质 （如染料溶液）、泵浦源、光学谐 振腔等部分组成。
2024/3/27
性能特点
气体激光器具有输出功率大、光束质量好、效率高、寿命长等优点。同时，它们还 具有较宽的波长调谐范围和较高的重复频率。
应用领域
气体激光器在科研、工业、医疗等领域有着广泛的应用。例如，CO2激光器可用于 切割、焊接和打孔等工业加工过程；He-Ne激光器则常用于精密测量和光学实验等 领域。
量子级联激光器利用量子阱结构中的量子限 制效应，使得电子和空穴在量子阱内复合并 释放出能量。通过串联多个量子阱结构，可 以实现更高的光增益和更低的阈值电流，从 而提高激光器的性能。
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
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。
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个粒子只能处于与某一个能级相对应的状态（或者简
单地表达为处在某一个能级上）。与光相互作用时，
粒子从一个能级跃迁到另一个能级，并相应地吸收或
辐射一个光子。光子的能量值为此两能级间的能量差
△E，频率为 =△E/h（h为. 普朗克常量）。
2
过程前
E2
E2
E1
•E1
受激吸收
过程后 •
处于较低能级的粒子在受到 外界的激发，吸收了能量时， hν 跃迁到与此能量相适应的较 高能级上去。称为受激吸收。
它体积小重量轻，寿命长，结构简单而坚固，特别 适于飞机、车辆、宇宙飞船之用。现在的光驱、VCD、 DVD的激光头都是一个小型半导体激光发射器。
4. 液体激光器 常用有机染料作工作物质，大多数情况是把有机染 料溶于乙醇、丙酮、水等，也有以蒸汽状工作的。液体 激光器的工作原理比较复杂，但输出的波长连续可调， 且覆盖面宽。
现在人们已经按照实际应用的需求，造出了各种各
样的激光器。通常可以按工作物质、激励方式、运转
方式、输出波长范围等几方面来进行分类。
一．按工作物质分类
1. 固体激光器 工作物质有红宝石、钕玻璃、钇铝石榴石（YAG） 等，是在作为基质的材料的晶体或玻璃中均匀地掺入
少量离子，称为激活离子。产生激光发射作用的是掺
.
6
实用激光器中，主要
构件的大体情况如下：
1．激光工作物质
激光
谐振腔
必须能在该物质中实 现粒子数反转。可以是 气体、液体、固体或半
工作物质
反
射
激励源
镜
导体。现已有工作物质
近千种，可以产生波长
从紫外到远红外波段 的激光。
.
7
2. 激励源（泵）
为使工作物质中出
现粒子数反转，必须用 一定的方法激励原子体 激光
了巨大进展，并带动了一些新型学科的发展, 如全息
光学、傅立叶光学、非线性光学、光化学等，激光还
与当今的重点产业——信息. 产业密切相关。
1
§9-1 激光原理
一．物质与光相互作用的规律 光与物质的相互作用，实质上是组成物质的微观 粒子吸收或辐射光子，同时改变自身运动状况的表现。
微观粒子都有它特有的一套能级。任何时刻，一
地获得放大。
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，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。
10
§9-3 激光器的种类
过程前
过程后
E2 •
E2
hν
E1
E1
•
自发辐射
处在高能级上的粒子，如存在
着可以接纳它的较低能级，即
使没有外界的作用，也有一定
的概率，自发地从高能级（E2）
向低能级（E1）跃迁。同时辐
射出能量是E2-E1的光子，称为
自发.辐射。
3
过程前 E2 •
hν E1
1917年爱因斯坦指出，除自
过程后 发 辐 射 之 外 ， 当 频 率 为 ν=
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。
.
9
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，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，雪崩式
第九章 激光
激光是二十世纪六十年代出现的一种新型光源—
—激光器发出的光。激光一词的本意是受激辐射放大
的光。1960年美国休斯研究实验室的梅曼制成了第一
台红宝石激光器, 1961年9月中国科学院长春光学精密
机械研究所制成了我国第一台激光器。此后 , 在激光
器的研制、激光技术的应用以及激光理论方面都取得
谐振腔
工作物质
系，使处于高能级的粒 子数增加。用气体放电 的办法激发物质原子，
反
射
激励源
镜
称为电激励，也可用脉
冲光源去照射工作物质，
称为光激励，还有热激 励，化学激励等。为了不断
地得到激光输出，就需不断地将处于低能级的原子抽
运到高能级上去， 激励源形. 象地称为泵。
8
3．谐振腔 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，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。
这两个光子又激励E2能级上原子，又使其产生受激辐 射，可得到四个特征相同的光子，这意味着原来的光
信号被放大了。这种在受激辐射过程中产生并被放大
的光，就是激光。
二．粒子数反转 受激辐射的概念爱因斯坦1917提出，激光器却在
1960年问世，相隔43年，为什么？主要原因是普通光
源中的粒子，产生受激辐射. 的概率极小。
入的离子。可作为激活离子的有过渡族金属离子如铬
离子(Cr3+)、稀土金属离子如钕离子(Nd3+)、锕系离子
等。一般来说固体激光器具有器件体积小，坚固，使
用方便，输出功率大的特点.。
11
2. 气体激光器 工作物质是气体或金属蒸气。气体激光的特点是 激光输出波长范围较宽。常用的氦-氖激光器，是通过 气体放电使Ne原子产生粒子数反转，输出激光的波长 为632.8nm（红光）。 气体激光器具有结构简单、造价低、操作方便、光 束质量好以及能长时间较稳定连续工作的特点，是目 前品种最多应用最广泛的激光器。 3. 半导体激光器 以半导体为工作物质，产生激光的方法有p-n结注 入式、电子束激发、光激发. 、雪崩式击穿等。 12
E2
2hν （E2-E1）/h的光子入射时，
E1 •
粒子也会以一定的概率，迅
受激辐射
速地从能级E2跃迁到能级E1，
同时辐射一个与外来光子频
率、相位、偏振态以及传播
方向等都相同的光子，这个
过程称为受激辐射。
.
4
可以设想，如果大量原子处在高能级E2上，当有 一个频率 =（E2-E1）/h的光子入射，从而激励E2上的 原子产生受激辐射，得到两个特征完全相同的光子，
5
当频率一定的光射入工作物质时，受激辐射和受 激吸收两过程同时存在，因受激辐射使光子数增加， 受激吸收使光子数减小。物质处于热平衡态时，处在 较低能级E1的粒子数必大于处在较高能级E2的粒子数。 这样光穿过工作物质时，光的能量只会减弱不会加强。 要想使受激辐射占优势，必须使处在高能级E2的粒子 数大于处在低能级E1的粒子数。这种分布正好与平衡 态时的粒子分布相反，称为粒子数反转分布，简称粒 子数反转，如何从技术上实现粒子数反转是产生激光 的必要条件。