激光器的原理及应用PPT(精)
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激光器的工作原理及应用
激光器的工作原理及应用引言概述：激光器是一种利用激光原理产生并放大一束高度聚焦的光束的装置。
它的工作原理基于电子的激发和辐射过程。
激光器在众多领域中有着广泛的应用，包括医疗、通信、制造等。
本文将详细介绍激光器的工作原理及其在不同领域的应用。
一、激光器的工作原理1.1 激光的产生激光的产生是通过受激辐射的过程实现的。
当外界能量作用于激活物质（如激光介质）时，激活物质中的电子被激发到高能级，形成一个激发态。
当这些激发态的电子回到基态时，会释放出能量，产生光子。
这些光子经过放大和反射，最终形成一束高度聚焦的激光。
1.2 激光的放大激光的放大是通过激光介质中的光子与受激辐射的过程实现的。
在激光介质中，光子与激发态的电子发生相互作用，导致更多的电子从低能级跃迁到高能级。
这样，激发态的电子数量增加，从而产生更多的光子。
这个过程通过在激光介质中反复反射光子来实现，从而放大激光的强度。
1.3 激光的聚焦激光的聚焦是通过激光器中的光学元件实现的。
光学元件，如凸透镜或反射镜，可以改变激光光束的传播方向和聚焦程度。
通过调整这些光学元件的位置和形状，可以将激光束聚焦到非常小的尺寸，从而实现高度聚焦的激光束。
二、激光器在医疗领域的应用2.1 激光手术激光器在医疗领域中被广泛应用于各种手术操作，如激光眼科手术、激光皮肤修复等。
激光手术具有创伤小、恢复快的优势，可以精确地切割组织或疾病部位，减少手术风险。
2.2 激光治疗激光器还可以用于治疗一些疾病，如激光治疗癌症、激光治疗静脉曲张等。
激光的高能量可以破坏癌细胞或静脉曲张血管，从而达到治疗的效果。
2.3 激光诊断激光器还可以用于医学诊断，如激光扫描显微镜、激光断层扫描等。
激光的高分辨率和高灵敏度可以帮助医生观察和诊断微小的组织结构或病变。
三、激光器在通信领域的应用3.1 光纤通信激光器在光纤通信中扮演着重要的角色。
激光器产生的高度聚焦的激光束可以通过光纤传输信息，实现高速、远距离的通信。
半导体激光器的原理及其应用PPT
可靠性
高功率半导体激光器的可靠性是关键问题之一，需要解决长 时间运行下的热效应、光束质量变化和器件失效等问题。研 究和发展高效散热技术、光束控制技术和寿命预测技术是提 高可靠性的重要途径。
多波长与调谐技术
多波长
多波长半导体激光器在通信、光谱分析和传感等领域具有重要应用。实现多波长输出的关键在于利用 增益耦合或波导耦合等技术，将不同波长的光场限制在相同的谐振腔内，以实现波长的稳定和可控。
跃迁过程
在半导体中，电子从价带跃迁到导带是通过吸收或释放光子的方 式实现的。当电子从导带回到价带时，会释放出能量，这个能量 以光子的形式辐射出来。
载流子输运与动态过程
载流子输运
在半导体中，电子和空穴的输运受到 散射和扩散机制的影响。散射机制包 括声学散射和光学散射等，扩散机制 则是由浓度梯度引起的。
80%
表面处理
利用半导体激光器的热效应，对 金属、塑料等材料表面进行硬化 、熔融、刻蚀等处理，提高材料 性能和外观质量。
生物医疗与科学仪器
医学诊断
半导体激光器在光谱分析、荧 光检测等领域有广泛应用，可 用于医学诊断和药物分析。
生物成像
利用半导体激光器的相干性和 单色性，实现光学成像和干涉 测量，在生物学、医学、物理 学等领域有广泛应用。
详细描述
在光纤通信中，半导体激光器 作为信号源，通过调制产生的 光信号在光纤中传输，实现信 息的快速、远距离传输。
应用优势
半导体激光器具有体积小、功 耗低、调制速度快、可靠性高 等优点，适用于大规模、高容 量的光纤通信系统。
发展趋势
随着5G、物联网等技术的发展 ，光纤通信的需求不断增加， 半导体激光器的性能和可靠性 也在不断提升。
光谱分析
半导体激光器作为光源，可用 于光谱分析技术，检测物质成 分和结构，广泛应用于环境监 测、化学分析等领域。
高功率半导体激光器的可靠性是关键问题之一，需要解决长 时间运行下的热效应、光束质量变化和器件失效等问题。研 究和发展高效散热技术、光束控制技术和寿命预测技术是提 高可靠性的重要途径。
多波长与调谐技术
多波长
多波长半导体激光器在通信、光谱分析和传感等领域具有重要应用。实现多波长输出的关键在于利用 增益耦合或波导耦合等技术，将不同波长的光场限制在相同的谐振腔内，以实现波长的稳定和可控。
跃迁过程
在半导体中，电子从价带跃迁到导带是通过吸收或释放光子的方 式实现的。当电子从导带回到价带时，会释放出能量，这个能量 以光子的形式辐射出来。
载流子输运与动态过程
载流子输运
在半导体中，电子和空穴的输运受到 散射和扩散机制的影响。散射机制包 括声学散射和光学散射等，扩散机制 则是由浓度梯度引起的。
80%
表面处理
利用半导体激光器的热效应，对 金属、塑料等材料表面进行硬化 、熔融、刻蚀等处理，提高材料 性能和外观质量。
生物医疗与科学仪器
医学诊断
半导体激光器在光谱分析、荧 光检测等领域有广泛应用，可 用于医学诊断和药物分析。
生物成像
利用半导体激光器的相干性和 单色性，实现光学成像和干涉 测量，在生物学、医学、物理 学等领域有广泛应用。
详细描述
在光纤通信中，半导体激光器 作为信号源，通过调制产生的 光信号在光纤中传输，实现信 息的快速、远距离传输。
应用优势
半导体激光器具有体积小、功 耗低、调制速度快、可靠性高 等优点，适用于大规模、高容 量的光纤通信系统。
发展趋势
随着5G、物联网等技术的发展 ，光纤通信的需求不断增加， 半导体激光器的性能和可靠性 也在不断提升。
光谱分析
半导体激光器作为光源，可用 于光谱分析技术，检测物质成 分和结构，广泛应用于环境监 测、化学分析等领域。
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。
《激光器介绍》课件
激光器与人工智能、3D打印等技术结合，创造更多智能化和多样化的应用。
结论和总结
激光器是一项伟大的科技创新，它在多个领域的应用不断拓展。我们必须充 分了解其原理和注意事项，推动激光技术的发展和应用。
《激光器介绍》PPT课件
欢迎来到《激光器介绍》的PPT课件! 本课程将带您深入了解激光器的定义和 原理，以及其在不同领域的应用。让我们一起探索激光技术的无限潜力！
激光器的定义和原理
激光器是通过受激辐射产生的一种具有高度相干性、高照射强度和直行性的 光源。它的工作原理基于光子的双能态能级跃迁。
不同类型的激光器
戴眼镜
在使用激光器时，务必佩戴适当的激光安全眼镜以保护视力。
避免直射
避免将激光束直接照射到人体和易燃物上，以免引发安全事故。
操作规范
按照使用说明进行操作，确保激光器使用安全可靠。
激光器的发展趋势
1
更小更强
激光器体积将进一步缩小，但功率将持续增强，提供更多应用领域。
2
更高效更环保
激光器的效率将提高，能源消耗将减少，以促进可持续发展。
1 气体激光器
使用气体作为激发介质， 例如二氧化碳激光器和氩 离子激光器。
2 固体激光器
使用固态材料作为激发介 质，例如Nd:YAG激光器和 钛宝石激光器。
3 半导体激光器
使用半导体材料作为激发 介质，例如激光二极管和 垂直腔面发射激光器。
激光器的应用领域
医疗行业
激光器在手术、皮肤治疗和眼 科手术等领域有广泛应用。
通信领域
激光信号传输在光纤通信和激 光雷达等领域发挥重要作用。
制造业
激光切割、激光焊接和激光打 印等技术在制造业中得到广泛 应用。
激光器的优点与限制
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。
激光原理及应用ppt课件
15
• 激光未来
现代社会中，信息的作用越来越重要，谁掌握的信息越迅速、 越准确、越丰富，谁也就更加掌握了主动权，也就有更多成功的 机会。激光的出现引发了一场信息革命，从VCD、DVD光盘到激 光照排，激光的使用大大提高了效率，以及方便人们保存和提取 信息，激光革命意义非凡，已成为全球最具竞争力和吸引力的经 济体之一。中国拥有巨大的内需潜力，只要发展国内需求，经济 可望持续高速。目前，中国提升装备制造业水平、推进产业结构 优化升级的需求依旧十分紧迫；作为关键支撑技术的激光技术与 产业仍有较大发展空间，激光制造设备技术将在信息、能源、交 通运输、电子、冶金、机械等支柱产业中会得到更深入的应用， 进而提高这些行业的自主创新能力，形成新的经济增长点，在提 高市场竞争力中发挥重大作用。
根据早先报道，世界激光器市场可划分为三大区域：美国(包 括北美)占55%，欧洲占22%，日本及太平洋地区占23%。
在世界激光市场上日本在光电子技术方面占首位，美国占第 二位；在激光医疗及激光检测方面则美国占首位；而在激光材料 加工设备方面则是德国占首位。
14
当前，国内激光市场主要分为激光加工设备、光通信器件与 设备、激光测量设备、激光器、激光医疗设备、激光元部件等， 其产品主要应用于工业加工和光通信市场，两者占据了近7成的 市场空间。
23
• 激光侦察对抗 激光侦察在军事上占有十分重要的地位。利用激光技术进行多光谱摄
影(全息摄影)，可以识别伪装目标。由于各种物体对各种光的吸收和反射 能力不同，可以在底片上引起不同感光反应而实现对目导弹 发射架。
激光对抗可对激光测距进行欺骗，使其无法测定其真实距离或使导弹 改变弹道。激光对抗还可对激光进行干扰。
6
通常，在具有一定温度的物质中，处于高能级En的原子数目恒少于处在 低能级Em的原子数目，此时光吸收将占优势。为了实现光放大，只有通过 外界能源(如采用气体放电或光辐射)的诱发，将低能级上的原子激发到高能
• 激光未来
现代社会中，信息的作用越来越重要，谁掌握的信息越迅速、 越准确、越丰富，谁也就更加掌握了主动权，也就有更多成功的 机会。激光的出现引发了一场信息革命，从VCD、DVD光盘到激 光照排，激光的使用大大提高了效率，以及方便人们保存和提取 信息，激光革命意义非凡，已成为全球最具竞争力和吸引力的经 济体之一。中国拥有巨大的内需潜力，只要发展国内需求，经济 可望持续高速。目前，中国提升装备制造业水平、推进产业结构 优化升级的需求依旧十分紧迫；作为关键支撑技术的激光技术与 产业仍有较大发展空间，激光制造设备技术将在信息、能源、交 通运输、电子、冶金、机械等支柱产业中会得到更深入的应用， 进而提高这些行业的自主创新能力，形成新的经济增长点，在提 高市场竞争力中发挥重大作用。
根据早先报道，世界激光器市场可划分为三大区域：美国(包 括北美)占55%，欧洲占22%，日本及太平洋地区占23%。
在世界激光市场上日本在光电子技术方面占首位，美国占第 二位；在激光医疗及激光检测方面则美国占首位；而在激光材料 加工设备方面则是德国占首位。
14
当前，国内激光市场主要分为激光加工设备、光通信器件与 设备、激光测量设备、激光器、激光医疗设备、激光元部件等， 其产品主要应用于工业加工和光通信市场，两者占据了近7成的 市场空间。
23
• 激光侦察对抗 激光侦察在军事上占有十分重要的地位。利用激光技术进行多光谱摄
影(全息摄影)，可以识别伪装目标。由于各种物体对各种光的吸收和反射 能力不同，可以在底片上引起不同感光反应而实现对目导弹 发射架。
激光对抗可对激光测距进行欺骗，使其无法测定其真实距离或使导弹 改变弹道。激光对抗还可对激光进行干扰。
6
通常，在具有一定温度的物质中，处于高能级En的原子数目恒少于处在 低能级Em的原子数目，此时光吸收将占优势。为了实现光放大，只有通过 外界能源(如采用气体放电或光辐射)的诱发，将低能级上的原子激发到高能
激光器的简介以及发展历程课件
详细描述
气体激光器通常采用气体作为增益介质，通过放电或燃烧等方式激发气体内部 的原子或分子，使它们跃迁到高能级状态，从而实现光的放大。常见的气体激 光器有氦氖激光器和二氧化碳激光器等。
液体激光器
总结词
利用液体作为增益介质的激光器。
详细描述
液体激光器通常采用有机染料或重金属盐溶液作为增益介质，通过激发介质内部 的分子或离子产生光子，从而实现光的放大。常见的液体激光器有染料激光器和 金钠米激光器等。
科研领域
激光光谱学
利用激光技术对物质进 行光谱分析，以研究其
组成和结构。
激光物理
利用激光技术对物理现 象进行研究和实验，如 量子光学、非线性光学
等。
激光化学
利用激光技术对化学反 应进行激发和观测，以 提高化学反应的效率和
产率。
生物医学成像
利用激光技术对生物组 织进行无损检测和成像 ，如光学显微镜、共聚
02
激光器的发展历程
激光器的起源
激光器的起源可以追溯到20世纪60年代，当 时科学家们开始探索光的相干性，并发现了 光的受激发射现象。
1960年，美国科学家梅曼发明了第一台红宝 石激光器，从此开启了激光技术的新篇章。
激光器的发明引起了广泛的关注和兴趣，因 为它具有高亮度、高方向性、高单色性和高 相干性的特点，为科学研究、工业生产和军 事领域提供了新的工具和手段。
焦显微镜等。
感谢您的观看
THANKS
02
光束质量
激光的光束质量影响其聚焦和 传输效果，光束质量越高，激 光的亮度越高。
03
稳定性
激光器的稳定性对其应用效果 和使用寿命具有重要影响，稳 定的激光器能够保证长时间的 工作效果。
04
气体激光器通常采用气体作为增益介质，通过放电或燃烧等方式激发气体内部 的原子或分子，使它们跃迁到高能级状态，从而实现光的放大。常见的气体激 光器有氦氖激光器和二氧化碳激光器等。
液体激光器
总结词
利用液体作为增益介质的激光器。
详细描述
液体激光器通常采用有机染料或重金属盐溶液作为增益介质，通过激发介质内部 的分子或离子产生光子，从而实现光的放大。常见的液体激光器有染料激光器和 金钠米激光器等。
科研领域
激光光谱学
利用激光技术对物质进 行光谱分析，以研究其
组成和结构。
激光物理
利用激光技术对物理现 象进行研究和实验，如 量子光学、非线性光学
等。
激光化学
利用激光技术对化学反 应进行激发和观测，以 提高化学反应的效率和
产率。
生物医学成像
利用激光技术对生物组 织进行无损检测和成像 ，如光学显微镜、共聚
02
激光器的发展历程
激光器的起源
激光器的起源可以追溯到20世纪60年代，当 时科学家们开始探索光的相干性，并发现了 光的受激发射现象。
1960年，美国科学家梅曼发明了第一台红宝 石激光器，从此开启了激光技术的新篇章。
激光器的发明引起了广泛的关注和兴趣，因 为它具有高亮度、高方向性、高单色性和高 相干性的特点，为科学研究、工业生产和军 事领域提供了新的工具和手段。
焦显微镜等。
感谢您的观看
THANKS
02
光束质量
激光的光束质量影响其聚焦和 传输效果，光束质量越高，激 光的亮度越高。
03
稳定性
激光器的稳定性对其应用效果 和使用寿命具有重要影响，稳 定的激光器能够保证长时间的 工作效果。
04
半导体激光器原理及应用PPT课件
2019/11/4
.
22
半导体激光器的线宽
上面曲线给出了LD线宽与1/P之间的关系、和温度对线宽的影响
2019/11/4
.
23
半导体激光器的动态特性
半导体激光器有别于其它激光器的最重要特点之一在于它有被交变信号直接调 制的能力，这在信息技术中具有重要的意义。
与工作在直流状况的半导体激光器不同，在直接高速调制情况下会出现一些有 害的效应，成为限制半导体激光器调制带宽能力的主要因素。
.
半导体激光器等效电路
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半导体激光器的热特性
引发机制： 在半导体激光器中，由于不可避免的存在着各种非辐射复合损耗、自由载流子吸 收等损耗机制，使外微分量子效率只能达到20％~30％，意味着相当部分注入的 电功率转换为了热量，引起激光器的升温。这会导致LD的阈值电流增大、发射波 长红移、模式不稳定、增加内部缺陷，严重影响器件的寿命。 解决办法：
（b）受激辐射：受激发射出的光子频率，相位和方向都与入射光子h 相同。
（c）受激吸收：原子接收辐射能 h 从基态能级E1越入受激能级E2。 产生激光的必要条件：受激辐射占主导地位
2019/11/4
.
3
自发辐射的特点
这种过程与外界作用无关。各原子的辐射都是独立地进行。因而所发光子的频 率、初相、偏振态、传播方向等都不同。不同光波列是不相干的。
2019/11/4
半导体激光器横模与侧模
有多侧模的半导体激光器的近场和远场
.
16
纵模谱的影响因素
2019/11/4
可见，若要选频，就要控制温度，要稳定功率输出，
也要选择恒温控制
.
17
半导体激光器的光束发散角
激光原理与技术完整ppt课件
1.1.1所示)。每一模式在三个坐标铀方向与相邻模的间隔为
Δkx=л/Δx，Δky=л/Δy，Δkz=л/Δy 因此，每个模式在波矢空间占有一个体积元
(1.1.6)
ΔkxΔkyΔkz =л3 /（ΔxΔyΔz）=л3 /V
(1.1. 7)
精选课件PPT
10
在k空间内，波矢绝对值处于|k|～|k|+d|k|区间的体积为(1／8)4л|k|2 d|k|，
可见，一个光波模在相空间也占有一个相格.因此，一个光波模等效于一个光子态。
一个光波模或一个光子态在坐标空间都占有由式(1.1.11)表示的空间体积。
精选课件PPT
12
三、光子的相干性
为了把光子态和光子的相干性两个概念联系起来，下面对光源的相干性进行讨论。
在一般情况下，光的相干性理解为：在不同的空间点上、在不同的时刻的光波场的某
4.4 典型激光器的速率方程
3.5 空心介质波导光谐振腔的反馈耦合损耗 4.5 均匀加宽工作物质的增益系数
4.6 非均匀加宽工作物质的增益系数
4.7 综合均匀加宽工作物质的增益系数
精选课件PPT
3
第五章 激光振荡特性
5.1 激光器的振荡阈值 5.2 激光器的振荡模式 5.3 输出功率和能量 5.4 弛豫振荡 5.5 单模激光器的线宽极限 5.6 激光器的频率牵引
ε=hv
（1.1.1）
式中 h＝6.626×10-34J．s，称为普朗克常数。
（2）光子具有运动质量m，并可表示为
（1.1.2）
光子的静止质量为零。
精选课件PPT
7
（3）光子的动量P与单色平面光波的波矢k对应
（1
式中
n。为光子运动方向(平面光波传播方向)上的单位矢量。 4．光于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．光于具有自旋，并且自旋量子数为整数。因此大量光于的集合， 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。 上述基本关系式(1.1.1)相(1.1.3)后来为康普顿(Arthur Compton)散射实验所证实 (1923年)，并在现代量子电动力学中得到理论解释。量子电动力学从理论上把光的电磁 (波动)理论和光子(微粒)理论在电磁场的量子化描述的基础上统一起来，从而在理论上 阐明了光的波粒二象性。在这种描述中，
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Applications
Spectroscopy 光谱学 Fiber laser research 光纤激光器研究 Telecommunications research 远程通信研究 Semiconductor studies 半导体研究
典型激光器
2. 气体激光器
工作物质:各种混合气体，光学均匀性好。 气体激光器在单色性、光束稳定性方面比固体、半 导体、液体激光器优越。 谱线已达数千种 (160nm~4mm) 工作方式：连续运转（大多数）
激光器的原理
激励(泵浦)系统 是指为使激光工作物质实现并维持粒子 数反转而提供能量来源的机构或装置。根据工作物质和激 光器运转条件的不同，可以采取不同的激励方式和激励装 置，常见的有以下四种。①光学激励(光泵)。是利用外界 光源发出的光来辐照工作物质以实现粒子数反转的，整个 激励装置，通常是由气体放电光源（如氙灯、氪灯）和聚 光器组成。②气体放电激励。是利用在气体工作物质内发 生的气体放电过程来实现粒子数反转的，整个激励装置通 常由放电电极和放电电源组成。③化学激励。是利用在工 作物质内部发生的化学反应过程来实现粒子数反转的，通 常要求有适当的化学反应物和相应的引发措施。④核能激 励。是利用小型核裂变反应所产生的裂变碎片、高能粒子 或放射线来激励工作物质并实现粒子数反转的。
泵浦功率>阈值10~20%→单模
典型激光器
（3）掺钕钇铝石榴石（ Nd :YAG）
工作物质：YAG晶体内掺进稀土元素钕 输出波长： = 1064nm、914nm、1319nm 工作方式：连续、高重复率脉冲 因可掺进较高浓度的钕，故工作物质单位体积能提供较高 的激光功率，激光器也可作的比较小，若半导体激光器作泵浦 源的器件体积更小。
典型激光器
典型激光器
激光器分类
按激光工作介 • 激光运转方
质：
式:
固体激光器 (光纤激光器）
气体激光器
– 连续 – 脉冲
• 单脉冲 • 重复频
半导体激光器
率
染料激光器
• 准连续
自由电子激光 器
• 按化学组成：
– 原子激光器 – 分子激光器 – 离子激光器 – 自由电子激光器 – 准分子激光器
• 激光调制方式
典型激光器
（4）连续波可调谐钛蓝宝石激光器
3900S CW Tunable Ti:sapphire Laser
The high-performance, tunable, solid state IR laser
输出波长从675到1100nm 由Ar laser或LD泵浦532nm激光器泵浦 TEM00输出功率可达3.5W cw
激光器的原理
光学共振腔 通常是由具有一定几何形状和光学反射特性 的两块反射镜按特定的方式组合而成。作用为：①提供光 学反馈能力，使受激辐射光子在腔内多次往返以形成相干 的持续振荡。②对腔内往返振荡光束的方向和频率进行限 制，以保证输出激光具有一定的定向性和单色性。共振腔 作用①，是由通常组成腔的两个反射镜的几何形状（反射 面曲率半径）和相对组合方式所决定；而作用②，则是由 给定共振腔型对腔内不同行进方向和不同频率的光，具有 不同的选择性损耗特性所决定的。
光电子技术 激光器的原理及应用
2020年8月1日
姓名：xx 学号：xx 导师：xx
主要内容
激光器的原理 典型激光器 激光器的应用
激光器的原理
激光器的基本结构： 1、工作物质 2、泵浦源 3、谐振腔——增大光波在增益介质中的传播
距离
激光器的原理
激光工作物质 是指用来实现粒子数反转并产生光的受激 辐射放大作用的物质体系，有时也称为激光增益媒质，它 们可以是固体（晶体、玻璃）、气体（原子气体、离子气 体、分子气体）、半导体和液体等媒质。对激光工作物质 的主要要求，是尽可能在其工作粒子的特定能级间实现较 大程度的粒子数反转，并使这种反转在整个激光发射作用 过程中尽可能有效地保持下去；为此，要求工作物质具有 合适的能级结构和跃迁特性。
由于可获得大体积均匀性良好的钕玻璃，因而可 制成大型器件，获得高能量和功率的激光，现已制 成输出功率1014W激光器。
典型激光器
（2）红宝石激光器 工作物质：红宝石晶体
输出波长： 694.3nm 输出线宽： 0.01 ~ 0.1nm
工作方式：连续、脉冲 发 散 角 ： 10-3rad，一般为多模输出；
多数气体激光器有瞬时功率不高的弱点。
原因：通常气体气压低，单位体积内粒子 数少。
典型激光器
（1）氦-氖激光器
工作物质：氦氖混合气体
激光由氖原子发射，氦气起改善气体放电条件， 提高激光器输出功率的作用。
输出波长：常用的为 =632.8nm
根据选择的工作条件激光器可以输出近红外、 红光、黄光、绿光。
（=3.39μm ；=1.15μm）
– 自由运转 – 调Q – 锁模
典型激光器
1. 固体激光器
分为晶体和玻璃两类，在基质材料中掺入激活离 子而制成。
目前已实现激光振荡的不同基质——掺杂体系的 工作物质有200多种，但是，性能好，使用广泛的主 要有下面三种。
（1）钕玻璃激光器 在玻璃中掺入稀土元素钕 光器
（3）氩离子气体激光器
氩/氪离子激光器，Stabilite 2017 Argon/Krypton Ion Laser
输出波长： =488nm； =514.5 nm ；
在可见光区输出功率最高 输出功率从几瓦~几百瓦。
典型激光器
氦-镉激光器
以镉金属蒸气为发光 物质，主要有两条连续谱线， 俄罗斯PLASMA公司的氦 即波长为325nm的紫外辐射 镉激光器 和441.6nm的蓝光，典型输 出功率分别为1～25mW和 1～100mW。主要应用领域包 括活字印刷、血细胞计数、 集成电路芯片检验及激光诱 导荧光实验等。
典型激光器
（2）CO2 激光器 工作物质： CO2 、He、N2、Xe的混合气体 激光由CO2分子发射，其它气体协助改善
激光器的工作条件， 提高激光器输出功率 水平和使用寿命。 输出波长： =10.6μm CO2 激光器是输出功 率最高的气体激光器， 有连续输出50kW；脉 冲输出1012W的激光器。
Spectroscopy 光谱学 Fiber laser research 光纤激光器研究 Telecommunications research 远程通信研究 Semiconductor studies 半导体研究
典型激光器
2. 气体激光器
工作物质:各种混合气体，光学均匀性好。 气体激光器在单色性、光束稳定性方面比固体、半 导体、液体激光器优越。 谱线已达数千种 (160nm~4mm) 工作方式：连续运转（大多数）
激光器的原理
激励(泵浦)系统 是指为使激光工作物质实现并维持粒子 数反转而提供能量来源的机构或装置。根据工作物质和激 光器运转条件的不同，可以采取不同的激励方式和激励装 置，常见的有以下四种。①光学激励(光泵)。是利用外界 光源发出的光来辐照工作物质以实现粒子数反转的，整个 激励装置，通常是由气体放电光源（如氙灯、氪灯）和聚 光器组成。②气体放电激励。是利用在气体工作物质内发 生的气体放电过程来实现粒子数反转的，整个激励装置通 常由放电电极和放电电源组成。③化学激励。是利用在工 作物质内部发生的化学反应过程来实现粒子数反转的，通 常要求有适当的化学反应物和相应的引发措施。④核能激 励。是利用小型核裂变反应所产生的裂变碎片、高能粒子 或放射线来激励工作物质并实现粒子数反转的。
泵浦功率>阈值10~20%→单模
典型激光器
（3）掺钕钇铝石榴石（ Nd :YAG）
工作物质：YAG晶体内掺进稀土元素钕 输出波长： = 1064nm、914nm、1319nm 工作方式：连续、高重复率脉冲 因可掺进较高浓度的钕，故工作物质单位体积能提供较高 的激光功率，激光器也可作的比较小，若半导体激光器作泵浦 源的器件体积更小。
典型激光器
典型激光器
激光器分类
按激光工作介 • 激光运转方
质：
式:
固体激光器 (光纤激光器）
气体激光器
– 连续 – 脉冲
• 单脉冲 • 重复频
半导体激光器
率
染料激光器
• 准连续
自由电子激光 器
• 按化学组成：
– 原子激光器 – 分子激光器 – 离子激光器 – 自由电子激光器 – 准分子激光器
• 激光调制方式
典型激光器
（4）连续波可调谐钛蓝宝石激光器
3900S CW Tunable Ti:sapphire Laser
The high-performance, tunable, solid state IR laser
输出波长从675到1100nm 由Ar laser或LD泵浦532nm激光器泵浦 TEM00输出功率可达3.5W cw
激光器的原理
光学共振腔 通常是由具有一定几何形状和光学反射特性 的两块反射镜按特定的方式组合而成。作用为：①提供光 学反馈能力，使受激辐射光子在腔内多次往返以形成相干 的持续振荡。②对腔内往返振荡光束的方向和频率进行限 制，以保证输出激光具有一定的定向性和单色性。共振腔 作用①，是由通常组成腔的两个反射镜的几何形状（反射 面曲率半径）和相对组合方式所决定；而作用②，则是由 给定共振腔型对腔内不同行进方向和不同频率的光，具有 不同的选择性损耗特性所决定的。
光电子技术 激光器的原理及应用
2020年8月1日
姓名：xx 学号：xx 导师：xx
主要内容
激光器的原理 典型激光器 激光器的应用
激光器的原理
激光器的基本结构： 1、工作物质 2、泵浦源 3、谐振腔——增大光波在增益介质中的传播
距离
激光器的原理
激光工作物质 是指用来实现粒子数反转并产生光的受激 辐射放大作用的物质体系，有时也称为激光增益媒质，它 们可以是固体（晶体、玻璃）、气体（原子气体、离子气 体、分子气体）、半导体和液体等媒质。对激光工作物质 的主要要求，是尽可能在其工作粒子的特定能级间实现较 大程度的粒子数反转，并使这种反转在整个激光发射作用 过程中尽可能有效地保持下去；为此，要求工作物质具有 合适的能级结构和跃迁特性。
由于可获得大体积均匀性良好的钕玻璃，因而可 制成大型器件，获得高能量和功率的激光，现已制 成输出功率1014W激光器。
典型激光器
（2）红宝石激光器 工作物质：红宝石晶体
输出波长： 694.3nm 输出线宽： 0.01 ~ 0.1nm
工作方式：连续、脉冲 发 散 角 ： 10-3rad，一般为多模输出；
多数气体激光器有瞬时功率不高的弱点。
原因：通常气体气压低，单位体积内粒子 数少。
典型激光器
（1）氦-氖激光器
工作物质：氦氖混合气体
激光由氖原子发射，氦气起改善气体放电条件， 提高激光器输出功率的作用。
输出波长：常用的为 =632.8nm
根据选择的工作条件激光器可以输出近红外、 红光、黄光、绿光。
（=3.39μm ；=1.15μm）
– 自由运转 – 调Q – 锁模
典型激光器
1. 固体激光器
分为晶体和玻璃两类，在基质材料中掺入激活离 子而制成。
目前已实现激光振荡的不同基质——掺杂体系的 工作物质有200多种，但是，性能好，使用广泛的主 要有下面三种。
（1）钕玻璃激光器 在玻璃中掺入稀土元素钕 光器
（3）氩离子气体激光器
氩/氪离子激光器，Stabilite 2017 Argon/Krypton Ion Laser
输出波长： =488nm； =514.5 nm ；
在可见光区输出功率最高 输出功率从几瓦~几百瓦。
典型激光器
氦-镉激光器
以镉金属蒸气为发光 物质，主要有两条连续谱线， 俄罗斯PLASMA公司的氦 即波长为325nm的紫外辐射 镉激光器 和441.6nm的蓝光，典型输 出功率分别为1～25mW和 1～100mW。主要应用领域包 括活字印刷、血细胞计数、 集成电路芯片检验及激光诱 导荧光实验等。
典型激光器
（2）CO2 激光器 工作物质： CO2 、He、N2、Xe的混合气体 激光由CO2分子发射，其它气体协助改善
激光器的工作条件， 提高激光器输出功率 水平和使用寿命。 输出波长： =10.6μm CO2 激光器是输出功 率最高的气体激光器， 有连续输出50kW；脉 冲输出1012W的激光器。