激光原理技术器件及应用
激光临床应用手册电子版
激光临床应用手册电子版激光技术作为一种现代医学手段，在临床应用中发挥着越来越重要的作用。
为了更好地指导医护人员正确使用激光设备，提高治疗效果，降低风险，特编写此《激光临床应用手册》电子版，以便随时随地查阅。
本手册包含激光在不同病症治疗中的应用指南和操作步骤，旨在帮助医务人员更加熟练地运用激光技术，确保治疗效果和患者安全。
一、激光原理介绍激光（Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation）是一种通过受激辐射产生的相干光的特殊光源，具有高能量密度、单一波长和方向性好等特点。
在临床应用中，激光的原理是基于不同波长的激光光束对不同组织和细胞产生热效应、生物光效应或机械效应，从而达到治疗的目的。
二、激光在皮肤病治疗中的应用1. 激光祛斑：激光祛斑是利用激光的高能量瞬间作用于斑点组织，破坏色素颗粒，促进色素代谢，达到祛斑的效果。
2. 激光去疤：激光去疤主要适用于疤痕组织的修复，通过激光对疤痕处进行刺激，促进胶原蛋白再生，逐渐使疤痕变淡、平坦。
3. 激光除毛：激光除毛是通过激光照射毛囊，将激光光能转化为热能，破坏毛囊，达到长期去毛的效果。
三、激光在眼科治疗中的应用1. 激光近视手术：激光近视手术是通过激光雕刻角膜，改变角膜曲率，从而矫正视力。
2. 激光青光眼治疗：激光青光眼治疗通过激光切除部分虹膜或睫状体组织，减少房水排阻，降低眼压。
3. 激光白内障手术：激光白内障手术采用激光对晶状体混浊处进行氟碘激光照射，使晶状体恢复透明。
四、激光在肿瘤治疗中的应用1. 激光微创手术：激光微创手术是通过激光切口、凝固、蒸发等作用实现肿瘤的切除，具有创伤小、恢复快等优点。
2. 激光光动力疗法：激光光动力疗法是将光敏剂注入体内，再用激光照射激活光敏剂，破坏肿瘤细胞。
3. 激光介入治疗：激光介入治疗适用于肿瘤的凝固、消融，具有无创、恢复快等优势。
五、激光术后护理1. 术后应密切观察患者病情变化，及时处理并发症。
2024年度激光原理及应用PPT课件
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。
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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
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激光器类型及其特
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点分析
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固体激光器
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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。
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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。
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未来发展趋势预测
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与挑战分析
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新型激光器研发方向探讨
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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
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激光原理技术及应用课程设计
激光原理技术及应用课程设计课程设计背景激光技术是一种高科技领域，在光学、电子和物理领域都有广泛应用。
对于工程和科学领域的学生来说，学习激光原理技术及应用课程是非常重要的。
这一门课程设计旨在帮助学生深入了解激光原理和技术，并将所学理论知识应用到现实问题中。
课程设计目的本课程设计的主要目的是：•帮助学生了解激光原理，掌握激光器的构造和工作原理；•培养学生运用激光技术进行实验和研究的能力；•让学生了解激光在工业、医学、通信等领域的应用。
课程设计内容第一章激光器的构造和原理本章主要介绍激光器的构造和工作原理。
包括：•激光器组成结构；•激光器的产生过程；•激光器中的元器件和控制系统；•激光系统的稳定性和调节；第二章激光器的性能和参数本章主要介绍激光器的一些基本性能和参数。
包括：•激光器的输出功率、波长和频率；•激光器的相干性和椭偏率；•激光器的束流性、脉冲宽度、重复频率和功率密度；•激光器的渐变折射率和损耗。
第三章激光在医学、工业和通讯领域的应用本章主要介绍激光在医学、工业和通讯领域的应用。
包括：•激光在医学中的应用，如激光手术、激光切割和激光治疗等；•激光在工业中的应用，如激光加工、激光打标和激光切割等；•激光在通讯领域中的应用，如激光通讯和激光雷达等。
课程设计要求1.学生需要深入研究所分配的主题，并且在规定时间内提交课程设计报告；2.学生需要使用实验室中的激光器进行实验，并且完成实验报告；3.学生需要根据自己的实际情况来选择适当的实验方案。
参考文献1.《激光技术与应用》（第四版）著者：陈世清、徐兆礼;2.《激光物理与技术》著者：刘永杰;3.《激光科学与技术》著者：黄山明、杨卫亚。
激光原理与技术
激光的光化学效应与光生物效应
光化学效应
激光能够激发化学反应，改变物质的化学性 质。光化学效应在光催化、光合成等领域具 有重要应用，如利用激光诱导化学反应合成 新材料。
光生物效应
激光对生物组织的作用，包括光热作用、光 化学作用和光机械作用等。光生物效应可用 于激光治疗、光遗传学等领域，如利用激光 进行视网膜修复、神经刺激等。
激光的特性
激光具有一系列独特的特性，如方向性好、亮度高、单色性好和相干性好等。这些特性使得激光在科学研 究、工业生产、医疗诊断等领域具有广泛的应用价值。
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激光器类型与技术
固体激光器
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晶体激光器
使用掺杂有激活离子的晶 体作为工作物质，如 Nd:YAG激光器。
玻璃激光器
以玻璃为基质，掺入激活 离子制成的激光器，如钕 玻璃激光器。
变换特性
利用光学系统，如透镜组、反射镜、波片等，可以对激光束进 行变换，如扩束、缩束、旋转、偏振状态改变等。
激光束的聚焦与整形
聚焦特性
通过透镜或反射镜等聚焦元件，可以将激光束聚焦到极小的焦点上，实现高能量密 度的集中。聚焦后的激光束可用于切割、焊接、打孔等高精度加工。
整形特性
利用特定的光学元件或算法，可以对激光束进行整形，如生成特定形状的光斑、实 现均匀照明等。整形后的激光束可应用于光刻、显示等领域。
激光治疗
利用激光的生物刺激效应，对病 变组织进行照射，以达到治疗目
的。
激光手术
使用激光代替传统手术刀进行手 术，具有精度高、出血少、恢复
快等优点。
激光美容
通过激光照射肌肤，改善皮肤质 地、去除色斑、减少皱纹等。
激光通信技术
光纤通信
激光原理及在生活中的应用
激光原理及在生活中的应用激光的英文名是laster，是”Light amplification by stimulated emission of radiation”的缩写，意为“受激辐射式光频放大”。
激光的三个基本组成为：泵浦源.谐振腔.增益媒质，世界上第一台激光器是美国科学家梅曼于1960年研制成功的。
激光是通过原子受激辐射发光和共振放大形成的。
原子具有一些不连续分布的能电子，这些能电子在最靠原子核的轨道上转动时稳定的，这时原子所处的能级为基态。
当有外界能量传入，则电子运行轨道半径扩大，原子内能增加，被激发到能量更高能级，这时称之为激发态或高能态。
被激发到高能态的原子是不稳定的，总是力图回到低能级去，原子从高能级到低能级的过程成为跃迁。
原子在跃迁时其能量差以光的形式辐射出来，这就是原子发光，又称荧光。
如果在原子跃迁时受到外来光子的诱发，原子就会发射一个与入射光子的频率.相位.传播方向.偏振方向完全相同的光子，这就是受激辐射的光。
原子被激发到高能级后会很快跃迁回低能级，它停在高能级的时间称为原子在该能级的平均寿命。
原子在外来能量的激发下，使处在高能级的原子数大于低能级的原子数，这种状态称为粒子数反转。
这是，在外来光子的刺激下产生受激辐射发光，这些光子光学谐振腔的作用产生放大，受激辐射越来越强，光束密度不断增大，形成了激光。
激光与其他光相比，具有以下的特点：高亮度，高方向性，高单色性和高干涉性。
这些特点使激光得到了广泛的应用，激光在材料加工中的应用就是其应用的一个重要领域。
由于这四大特性，因此，就给激光加工带来了如下传统加工所不具备的优势，由于是无接触加工，并且激光束的能量及移动速度均可调，因此可以实现多种加工。
还可用来加工多种金属.非金属，特别是可以加工高硬度.高脆性及高熔点的材料。
激光加工过程中无刀具磨损，无切削力作用于工件，加工的工件热影响区小，工件热变形小，后续加工量小。
激光可通过透明介质对密闭容器内的工件进行各种加工。
光纤随机激光原理及应用
光纤随机激光原理及应用随着现代通信技术的不断发展，光纤随机激光作为一种重要的光源技术逐渐受到关注。
本文将介绍光纤随机激光的原理及其在不同领域的应用。
一、光纤随机激光的原理光纤随机激光是利用光纤中的多个随机反射点产生的光线干涉效应来实现的。
在光纤中，由于纤芯和包层之间的折射率差异，光线会发生多次随机反射，形成多个反射点。
这些反射点之间的光线干涉会导致光纤中的光场呈现出一种随机性的特征，即光纤随机激光。
具体来说，光纤随机激光的产生包括两个主要步骤。
首先，通过一定的方法在光纤中引入一定数量的随机反射点，例如使用特殊涂层或光纤纺织等技术。
其次，当激光光源通过光纤时，光线会在这些随机反射点上发生干涉，产生出具有随机相位和随机振幅的光场。
二、光纤随机激光的应用1. 光通信领域：光纤随机激光具有较宽的光谱带宽和高的功率峰值，被广泛应用于光通信领域。
它可以作为高速光纤通信系统中的光源，用于传输大容量的数据。
由于光纤随机激光的随机性以及其它特性，可以提高光纤通信系统的安全性和抗干扰能力。
2. 光纤传感领域：光纤随机激光在光纤传感领域中也有广泛的应用。
由于其随机性和高功率特点，可用于光纤传感器中的光源，如光纤陀螺仪、光纤加速度计等。
光纤随机激光可以提供较高的信噪比和较低的相位噪声，从而提高光纤传感器的灵敏度和精度。
3. 光学成像领域：光纤随机激光在光学成像领域也有一定的应用。
由于光纤随机激光具有较宽的光谱带宽和高的功率峰值，可以用于高分辨率光学成像系统中的光源，如光学相干断层扫描（OCT）系统、激光显微成像系统等。
光纤随机激光的高功率和随机性可以提高成像系统的信噪比和图像质量。
4. 激光雷达领域：光纤随机激光在激光雷达领域中也有一定的应用。
激光雷达需要稳定和高功率的激光源来实现高精度的距离测量。
光纤随机激光可以提供高功率和高稳定性，适用于激光雷达系统中的激光发射器。
光纤随机激光作为一种重要的光源技术，在光通信、光纤传感、光学成像和激光雷达等领域都有广泛的应用。
《激光原理》PPT课件
2024/1/28
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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。
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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。
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气体激光器原理与技术
2024/1/28
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气体放电过程及发光机制
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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。
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半导体材料发光机制及器件结构
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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。
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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
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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(很全面)
激光束质量对应用的影响
分析激光束质量对激光加工、光通信、激光雷达等应用的影响。
激光束的控制与整形
激光束控制技术
探讨通过光学元件、机械装置等手段对激光束进行控制的原理和 方法。
激光束整形技术
介绍将激光束整形为特定形状（如平顶、环形等）的原理和方法， 以及整形后激光束的特性。
激光束控制与整形的应用
阐述激光束控制与整形在材料加工、生物医学、光通信等领域的应 用实例。
激光Байду номын сангаас眼睛的危害
激光束直接照射眼睛，可能导致视网膜烧伤、视力下降甚至失明。防护措施包 括佩戴合适的激光防护眼镜，避免直接观看激光束。
激光对皮肤的危害
激光照射皮肤可能导致烧伤、色素沉着、皮肤癌等。防护措施包括穿戴防护服 、使用防晒霜等。
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）和美国国家标准学会（ANSI）等制定了激光安全标准， 对激光产品的分类、标识、使用等做出了规定。
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。
激光手术
利用激光的高精度和可控性，进行微 创手术操作，如眼科手术、皮肤科手 术等。
生物医学成像
利用激光的高亮度和方向性，对人体 内部组织进行光学成像，以辅助医学 诊断和治疗。
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激光测量与检测技术
激光原理及应用
激光原理及应用
激光技术是20世纪50年代流行起来的新兴技术，它涉及到光学、电子、物理、化学等多学科，用途也越来越广泛。
激光是一种高能量密度的光，质量质量好并且能量能量稳定，具有高显像度、高密度、高精度的优点，在工业生产，新兴科技，航空航天，军用等各个领域得到越来越多的应用。
激光的原理是在特定的物质环境中，一次具有特定频率，持续出现的大功率光激发，以达到平衡放射和吸收状态。
具体来说，首先产生一种不具有定向特性的长波长、大功率的光，然后这种光经过几回反射、折射、衍射等操作后，在放射与吸收的循环中磁化、产生强度从而实现一连串的脉冲光。
激光应用在很多领域。
工业上应用的范围很广，比如精确切削、焊接、热压等过程都需要用到激光技术。
航空航天科技中，激光技术用于星体测量及地形测量，以及导引对空导飞的多导引系统。
在医学领域，激光技术用于消炎消痛，治疗各种病症和手术。
激光技术正在成为一个主要技术，在工业生产、新兴科技、航空航天、军事等领域应用得越来越广泛。
它不仅节约了能源，而且可以提高工作效率，并且拥有非凡的精度。
由于激光技术另人眼前一亮，激发了人们对前沿科技的兴趣，给科学工作者和工程师带来了极大的帮助。
激光的技术原理和主要应用
激光的技术原理和主要应用技术原理激光（Laser）是一种特殊的光，具有高度的单色性、方向性和相干性。
激光产生的原理主要包括受激辐射、辐射增益和光的干涉三个基本过程。
1.受激辐射：受激辐射是激光产生的关键过程。
当一个外界入射光子与原子的激发态发生碰撞时，可以引起原子从激发态跃迁回到基态，并同时发射出与入射光子完全相同的光子。
这个过程被称为受激辐射，也是激光功率增益的基础。
2.辐射增益：在激光器内部，通过在特定介质中使原子受到外界刺激而实现辐射增益。
通过光学的反射或反射，可以使部分激光光子原子受激辐射。
这些激光光子进一步刺激周围的原子，产生更多的受激辐射，形成一个形成一个前后不断增加的级联过程。
这种级联辐射增益，使激光产生很高功率的光。
3.光的干涉：光的干涉是激光产生中的另一个重要问题。
激光的干涉效应使激光具有相干长度。
当两束激光光子相干地合并在一起时，它们可以形成一个相干波，具有明亮的干涉条纹，以及干涉的总相位遵循特定的相位规则。
这种相干性使得激光能够实现光的定向传播、聚焦和测量。
主要应用激光技术已经在众多领域中得到广泛应用，包括以下几个方面：制造业在制造业中，激光技术被广泛应用于切割、焊接和打孔等工艺。
激光切割技术可以实现高精度的零件切割，减少材料浪费。
激光焊接技术可以用于金属零件的快速连接，提高生产效率。
激光打孔技术则可以实现微小孔径的制作，适用于电子元件等领域的精密加工。
医疗领域激光技术在医疗领域中有广泛的应用。
例如，激光手术可以用于眼科手术中的准确矫正屈光度，还可用于肿瘤切除和皮肤美容。
此外，激光技术还可以用于体内激光显影、激光治疗等医疗领域。
通信技术激光技术在通信技术中起着重要作用。
光纤通信正是基于激光器发射激光光束，并通过光纤传输信息。
由于激光的单色性和方向性，可以实现远距离、高速和大容量的信息传输。
科学研究激光技术在科学研究中被广泛应用。
例如，激光可以用于粒子加速和核聚变实验中产生极高能量的粒子束。
激光原理及应用
激光原理及应用第1章 辐射理论概要与激光产生的条件1.光波：光波是一种电磁波，即变化的电场和变化的磁场相互激发，形成变化的电磁场在空间的传播.光波既是电矢量→E 的振动和传播,同时又是磁矢量→B 的振动和传播。
在均匀介质中，电矢量→E 的振动方向与磁矢量→B 的振动方向互相垂直，且→E 、→B 均垂直于光的传播方向→k 。
(填空）2.玻尔兹曼分布:e g n g n kT n n m mE E n m )(--=（计算） 3.光和物质的作用：原子、分子或离子辐射光和吸收光的过程是与原子的能级之间的跃迁联系在一起的。
物质（原子、分子等)的相互作用有三种不同的过程，即自发辐射、受激辐射及受激吸收。
对一个包含大量原子的系统，这三种过程总是同时存在并紧密联系的.在不同情况下，各个过程所占比例不同，普通光源中自发辐射起主要作用，激光器工作过程中受激辐射起主要作用.（填空）自发辐射：自发辐射的平均寿命A 211=τ（A 21指单位时间内发生自发辐射的粒子数密度，占处于E 2能级总粒子数密度的百分比）4.自发辐射、受激吸收和受激吸收之间的关系在光和大量原子系统的相互作用中,自发辐射、受激辐射和受激吸收三种过程是同时发生的，他们之间密切相关。
在单色能量密度为ρV 的光照射下,dt 时间内在光和原子相互作用达到动平衡的条件下有下述关系：dt dt dt v v n B n B n A ρρ112221221=+ （自发辐射光子数） （受激辐射光子数) （受激吸收光子数）即单位体积中，在dt 时间内，由高能级E2通过自发辐射和受激辐射而跃迁到低能级E1的原子数应等于低能级E1吸收光子而跃迁到高能级E2的原子数。
（简答） 5.光谱线增宽:光谱的线型和宽度与光的时间相干性直接相关，对许多激光器的输出特性（如激光的增益、模式、功率等）都有影响，所以光谱线的线型和宽度在激光的实际应用中是很重要的问题。
（填空)光谱线增宽的分类：自然增宽、碰撞增宽、多普勒增宽自然增宽：自然增宽的线型函数的值降至其最大值的1/2时所对应的两个频率之差称作原子谱线的半值宽度,也叫作自然增宽.碰撞增宽：是由于发光原子间的相互作用造成的。
激光原理技术及应用论文
激光原理技术及应用论文学院：机电学院姓名：xxx班级：测控1212学号：090030127激光原理技术及应用论文关键词：激光技术应用原理摘要：现代激光技术发展迅速，在医学、军事、国防及其他方面都有了显著的应用。
激光的最初中文名叫做“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的各单词的头一个字母组成的缩写词。
意思是“受激辐射的光放大”。
什么叫做“受激辐射”？它基于伟大的科学家爱因斯坦在1916年提出了的一套全新的理论。
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。
激光主要有四大特性：激光高亮度、高方向性、高单色性和高相干性。
激光的高亮度：固体激光器的亮度更可高达1011W／cm2Sr。
不仅如此，具有高亮度的激光束经透镜聚焦后，能在焦点附近产生数千度乃至上万度的高温，这就使其可能可加工几乎所有的材料。
激光的高方向性：激光的高方向性使其能在有效地传递较长的距离的同时，还能保证聚焦得到极高的功率密度，这两点都是激光加工的重要条件。
激光的高单色性：由于激光的单色性极高，从而保证了光束能精确地聚焦到焦点上，得到很高的功率密度。
激光的高相干性：相干性主要描述光波各个部分的相位关系。
正是激光具有如上所述的奇异特性因此在工业加工中得到了广泛地应用。
目前激光已广泛应用到激光焊接、激光切割、激光打孔（包括斜孔、异孔、膏药打孔、水松纸打孔、钢板打孔、包装印刷打孔等）、激光淬火、激光热处理、激光打标、玻璃内雕、激光微调、激光光刻、激光制膜、激光薄膜加工、激光封装、激光修复电路、激光布线技术、激光清洗等。
激光原理与应用
激光原理与应用激光（Laser）是一种高延展性、高亮度的光源，它具有许多特殊的物理性质，不仅在科研领域中有着广泛的应用，而且在工业、医疗、通信、军事等领域中也有着重要的地位。
本文将从激光的原理、激光的特点和分类以及激光在不同领域中的应用等几个方面进行详细介绍。
一、激光原理激光是由外部能量提供的光源，其原理可以简单地概括为三个步骤：受激辐射、放大、所构成的正反馈回路。
受激辐射是激光产生的关键步骤，即在低能量条件下激发大量原子或分子处于高能级的电子，使其处于亚稳态。
当这些高能态的粒子再受到足够的低能量激发时，它们会释放一个符合自然能级规律的光子，使得其他处于亚稳态的粒子也被刺激而放出光子，从而形成连锁反应。
接着是激光的放大过程，即通过一组高反射率和低反射率的镜子，使得激光光束来回反复放大。
其原理类似于啁啾腔，逐渐把同相的光复合在一起加幅，形成了一束高亮度、高单色性的激光光束。
最后是所构成的正反馈回路，它保证了激发光子的数量始终保持在一个恒定的水平。
激光的光子始终在构成的空腔之中来回飞舞，并被不断地反射、透射和吸收，进而保证光子的数目始终相同。
二、激光的特点和分类激光具有几个特殊的物理性质，例如相干性、单色性、聚焦性以及偏振性等，由此产生了众多应用。
1. 相干性：相对于常规的光源，激光具有极高的相干性，这意味着光的能量大体上都聚集在一个方向上，更容易进行定向控制和光束对准。
2. 单色性：激光发出的光线是单色光，只有一种波长。
与其他光源相比，激光的单色性更优越，因此激光在光谱学、光谱分析等领域有着广泛的应用。
3. 聚焦性：激光具有较强的聚焦性，能够将能量集中在一个小的区域内，产生高强度的光束。
由此产生了大量的切割、打孔、焊接、刻印等应用。
4. 偏振性：激光具有明显的偏振性，能够实现线偏振、圆偏振、椭圆偏振等多种形式。
这种特性使得激光在光学成像、光学计量学、光谱分析等领域得到了广泛的应用。
根据光学器件不同，激光可以分为气体激光、固体激光、半导体激光、液体激光和自由电子激光等几类。
激光的原理与应用
激光的原理与应用激光（Laser）是一种通过能量跃迁引发的高度集中、单色性良好的光束。
它的独特性质使其在科学研究、医学、通信、制造等众多领域有着重要的应用。
本文将介绍激光的原理、分类以及其在不同领域的应用。
一、激光的原理激光产生的基本原理是基于物质在受到外界电磁波激励时发生非平衡的电子跃迁过程。
这种非平衡状态下，物质内部的电子在吸收光子并发生跃迁后，会进一步促成其他电子跃迁，从而在物质中形成一个偏离热平衡态的“粒子泵浦”系统，即光谱线增强。
当这种类型的粒子泵浦达到一定程度时，就会发生受激辐射的过程，即通过发射光子的方式释放能量。
这一过程通过光学谐振腔增益放大，最终形成激光束。
二、激光的分类根据激光器的工作介质和工作方式的不同，可以将激光分为固体激光器、液体激光器、气体激光器以及半导体激光器等多种类型。
固体激光器是利用固体可吸收外界能量发出激光的装置，常用的工作介质有Nd:YAG、Nd:YVO4等。
液体激光器则是使用各种有机染料作为工作介质，能够实现连续调谐激光的波长。
气体激光器通过使用气体放电产生激发态气体而发出激光，其中最具代表性的是二氧化碳激光器。
半导体激光器是利用半导体材料在外界电流注入下产生激光辐射，具有体积小、功耗低的优点。
三、激光的应用1. 科学研究领域：激光在科学研究中有广泛应用，其中包括光谱分析、材料表征、粒子悬浮等。
通过激光器对物质的照射，可以探测物质的成分、结构、性质等信息，为科学家们提供了重要的研究手段。
2. 医学与生物领域：激光在医学领域的应用十分广泛。
激光手术是一种创伤小、恢复快的手术方式，被广泛应用于眼科手术、皮肤整形、血管疾病治疗等。
此外，激光还可以用于药物释放、成像和生物分子探测等方面，推动了生物医学研究的发展。
3. 通信领域：激光器在光通信中发挥着重要的作用。
激光光源可以提供高速、稳定、可调的光信号，作为信息传输的载体。
光纤通信系统、激光雷达等都离不开激光技术的支持，为人们提供了便捷的通信手段。
激光原理性质及应用
3.2 激光通讯
系统重量轻：发射机功耗低，供电系统重量轻；光束集中，散射角小 ，导致发射和接收望远镜的口径都很小，摆脱了微波系统巨大的碟形 天线，重量和体积减轻很多非常有利于卫星通信。
微 波 天 线
激 光 天 线
但是激光在大气中传输时受雨、雾、雪、霜等影响，衰耗要增大，故一般 用于边防、海岛、跨越江河等近距离通信，以及大气层外的卫星间通信和 深空通信
hν = E 2 − E1 hν = E 2 − E1
1.激光原理
1.1物质与光相互作用 受激吸收、自发辐射、受激辐射。 受激吸收：处于较低能级的粒子受到外界 的激发，吸收能量，跃迁到与此能量相对 应的较高能级。 自发辐射：处于高能级的电子以一定的概 率自发地（没有吸收外部能量）从高能级 向低能级跃迁，并放出能量与两能级能量 差相等的光子。
疝 灯
2 激光的特点
干涉性好 激光可以步调一致地向同一方向传播，可以用 透镜把它们会聚到一点上，把能量高度集中起， 一台巨脉冲红宝石激光器的亮度比太阳表面的亮 度高若干倍。 但是它的能量密度很大因为它的作用范围很小， 一般只有一个点，所以短时间里聚集起大量的能 量。
3 激光的应用
3.1医学中的应用 医学中的应用 医学是应用激光技术最早、最广泛和最活 跃的一门边缘学科。在1960年世界上第一 台红宝石激光器研制成功后的第二年激光 光视网膜凝固机就在眼病治疗获得应用。 目前激光治疗在临床可分为：眼科激光治 疗、外科激光手术、用于美容目的的皮肤 病激光治疗、口腔激光和激光理疗等等。
3.4 激光冷却
1985年，美籍华裔物理学家朱棣文和他的同事首次实现了激 光冷却原子的实验，并得到了极低温度——24µK（绝对0度 是0K）的钠原子气体。
3.4 激光武器
激光科学中的激光器件与应用
激光科学中的激光器件与应用作为一种高度聚焦的光束，激光因其高能、高精度和高速度等特性成为了众多领域的重要应用技术之一。
在激光科学领域中，激光器件与应用技术一直是研究的热点和难点。
本文将从激光器件的研究及其在医学、工业与研究等领域的应用进行探讨。
一、激光器件的研究激光器件是激光技术的核心组成部分，它通常由激光介质、激发源、输出镜等部分组成。
其中，激发源是最关键的部分，其主要作用是向激光介质提供能量，使其发生反转和增益，从而产生激光。
常见的激发源包括闪光灯、外部电子束、化学反应等。
激光器件的种类繁多，按照波长可分为紫外、可见光与红外三类，而按照激光介质又可以分为气体激光器、固体激光器、液体激光器等多种类型。
其中，固体激光器是目前最为常见的一种，其性能优异，适用性强，除用于科研领域外，还广泛应用于医学、工业、国防等领域。
二、激光器件的应用1、医学领域激光技术在医学领域已得到广泛应用。
例如，激光手术技术被广泛用于神经、眼科、皮肤等领域。
激光技术还可用于体内无创手术，如激光治疗等，这些技术能够在不开刀的情况下治疗某些疾病，具有显著的疗效。
2、工业领域激光技术在工业生产中也得到了广泛应用。
例如，激光切割、激光焊接、激光打标、激光深度打孔等技术已经成为了现代制造业中不可替代的关键技术。
这些技术能够提高工作效率、降低生产成本，大大促进了工业生产的发展。
3、科学研究领域激光技术在科学研究领域中也得到了广泛的应用。
例如，激光可用于相关实验领域，如核磁共振、拉曼光谱、光电子能谱等实验中，能够提供高精度、高分辨率的数据，并且仅对实验物质产生微小的干扰，从而保证实验结果的准确性和可靠性。
4、其它领域激光技术还可以用于空间科学领域，如激光测距等，可以精确测量人类无法直接测量的距离，提供了重要的数据支持。
此外，激光技术还可用于环保、农业、安防等多个领域，具有广泛的应用前景和发展空间。
三、激光器件的未来发展激光技术具有广泛的应用前景，同时也存在着诸多挑战和难点。
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激光原理、技术、器件及应用实验指导书目录激光扫描技术 (3)氦—氖激光器 (6)相位式激光测距原理 (8)CO激光器 (11)2激光扫描技术旋转多面镜扫描主要应用在激光高速扫描的情况。
转镜扫描的最大特点是它统来驱动。
具有N Ψ=N720度=N 4π弧度（N>2） 下面来介绍两种扫描形式转镜系统光路布置:1. 入射型扫描入射型扫描亦称为物空间扫描.入射型扫描如图.激光束经过扩束入射到旋转的转镜上,而偏转的光束由一个透镜或凹面镜聚焦到扫描平面上.值得注意的是,扫描光斑轨迹在平面上,所以,透镜设计应保证在接受平面上聚焦成像时不产生大于设计要求的像差.因为由图来看,光束经过转镜扫描后会形成一个扇形非匀速扫描平面,称为f-θ工作状态,据此设计的透镜称为f –θ透镜.这种透镜工作时能保证:平面聚焦,在整个扫描范围内,聚焦光斑均匀,直径不变;在聚焦平面内光斑线形扫描(假设光束以均匀的角速度扫描入射);有一个足够大的视场.2．出射型扫描 转镜扫描原理图出射型扫描，也称为像空间扫描，这种扫描的特点是转镜位于扫描透镜之后，如图。
由于成像透镜位于转镜前，因此，入射到透镜上的光束是固定不动的，这样透镜设计就简单了。
但出射型扫描的轨迹是一条曲线，曲线中心就是转镜表面上光斑的位置。
一般来说，接收信号的存储介质是平面，所以我们往往选择大f 数，譬如f/50的透镜，这样，聚焦曲面的弦深会小于扫描光束的焦深，用平面型光电接收器接收时，光信号不会出现任何畸变。
比较以上两种，本文建议在激光电视中采用前者，即入射型扫描。
所以还需对其中的关键部件f -θ透镜进行一下说明。
设F-θ透镜焦距为f '，总扫描角度为2θ，扫描场的覆盖长度为L 。
在普通照相物镜中，如果校正了畸变，其像高为：H=f '.tg θ将此式两边对时间微分得： dt dH =dtd f θθ2sec ' 可见，对等角速度偏转的入射光束在焦平面上的扫描速度不是一定的。
对F-θ透镜，为得到一定的扫描速度，像高必须为：H=f '.θ这样： ωθ..f dtd f dt dH '='= 其中，ω是扫描元件恒定的角速度。
这样即可实现在L=2H=2f '.θ范围内的等速扫描。
这即是要求F-θ透镜故意产生正的畸变，当扫描角度θ增大时实际像高比几何光学确定的理想像高小，是它的θθtg /倍，其线畸变为：∆ H=f '.tg θ-f '.θ=(f 'tg θθ-）其相对畸变为：100⨯-='θθθtg tg T D % 故具有畸变像差量的透镜，对以等角速度偏转的入射光，在焦平面上的扫描速度就是等速的。
由于此镜头的像高等于f '·θ，故常简称为F-θ透镜。
在各种扫描应用中，有四种类型的转镜：等边多面转镜（简称多面镜，柱形转镜或转镜），非等边多面转镜，内多边形转镜及塔形转镜。
本实验是用转镜扫描原理图等边多面转镜。
这种棱镜主要优点是它能进行重复性直线扫描。
由于等边棱镜本身的几何对称性，便于大批量生产，工厂制造时，可以若干块多面镜轴向叠加在一起加工，成本大大降低。
一束细激光束照射在转镜镜面上，转镜每转过一个角度θ，反射光就以θ2角反射出来，随着转镜的转动，光束在镜面上移动，直至镜面的边缘。
此时，细激光束的一部分继续完成扫描，而另一部分已射到相邻的镜面，并准备下一次扫描。
这个时刻叫“扫描间歇”，这时有一段信号空白。
这个状态有以下特点：首先信号或信息的传输是不连续的，因为多面转镜的棱边在转动时会不断产生这种间歇。
其次对给定的分辨率，最好增加转镜的直径，这样能使镜面口径增大，以减小空白区间。
为了保证足够的镜面工作范围，镜面大小必须数倍于落在其上的光斑大小。
如图（b）所示镜面宽度为D，光束直径为W，可以用镜面工作效率来表达它的工作范围U=（D-W）/D。
假如D=10W，则U=90%，这意味着在整个扫描时间内，90%的时间在真正地扫描，其余10%的时间就是所谓的“扫描间歇”。
U也称占空系数。
还由于是细光束照明，只有很少一部分镜面被利用，并且由于转镜不得不增加尺寸，使得高速旋转时，惯性变大，无疑会给材料选择和结构设计带来困难。
最后光斑扫描时，在径向偏离预定的轨迹，就产生了所谓的寻迹误差。
寻迹误差会造成扫描图形的畸变。
它来源于：转镜诸镜面与加工时选定基准面的角误差，这是无法消除的固有误差；转镜与驱动马达的装配误差，它直接造成反射光束的摆动，但可以控制；马达转子在高速旋转时，由于有限的刚性形变和产生的焦耳热的梯度变化所带来的动态不平衡；各转镜镜面的不平度误差。
实验目的：掌握转镜激光扫描和f –θ透镜原理，验证转镜激光扫描和f –θ透镜原理。
实验仪器：He-Ne激光器、He-Ne激光电源氦—氖激光器He-Ne激光器的基本组成是放电管、电极和谐振腔。
He-Ne激光器是目前应用最广泛的气体激光器，主要产生632.8nm的激光，功率只有几个毫瓦到几十毫瓦，但它有很好的光谱特性。
对管长350毫米的管子,电流为5毫安左右，输出功率2毫瓦左右。
He-Ne激光的放电管由毛细管和贮气管构成。
放电的内管直径约2～3mm，管长几厘米到十几厘米，放电管越长功率越大，相应的放电电压就高。
毛细管的尺寸和质量是决定激光器输出性能的关键因素。
贮气管与毛细管相连，并且毛细管的一端有隔板，这是为了使放电只限于毛细管，贮气管的作用是增加了放电管的工作气体总量，延长器件寿命。
普通的He-Ne激光器的放电管一般用GG17硬质玻璃制成，对输出功率和波长要求稳定性高的器件通常用热胀系数更小的石英玻璃制作。
光学谐振腔由一对高反射率的多层介质膜反射镜组成，一般采用平凹镜形式，平面镜为输出镜。
毛细管长度约15～20cm的He-Ne激光器的输出镜的反射率98.5％～99.5％。
谐振腔的轴线和放电毛细管轴偏离不超过0.1mm。
凹面镜为全反镜，要求反射率接近100%。
管内主要按5：1～10：1的比例充入氦氖混合气体达到总气压约200～400Pa。
He-Ne激光器结构分为三部分：既放电管、谐振腔和激发的电源。
He-Ne激光器的放电电极多采用冷阴极形式，冷阴极材料多用溅射率小和电子发射率高的铝或铝合金。
为了增加电子发射面积和减低阴极溅射，阴极通常制成圆筒状，并有尽可能大的尺寸，阳极一般用钨针制成。
连续工作的He-Ne激光器多采用支流放电激励的方式，起辉电压和工作电压与激光器的结构参数和放电条件有关，放电长度为1米的激光器，起辉电压在8千伏左右，He-Ne激光器的工作电流在几毫安到几十毫安的范围。
氦—氖激光器产生激光跃迁的是氖原子，氦是辅助气体。
氦氖激光器是一种典型的四能级系统。
氦—氖激光器还存在最佳总气压和最佳气体配比，如毛细管直径为3毫米管内气体配比为He3:Ne20=5:1,总气压p=1.5乇(1乇=133Pa, 1乇1mm汞柱，1Pa为1N/m2) ，毛细管直径2.56mm时He3:Ne20=7：1,总气压p=1.4乇。
He-Ne激光器特点是在燃火管子之初给出高于管子着火电压的高压，正常放电以后，电源提供的电压则不宜过份高于激光管的工作电压。
以免电源功率过多消耗在限流电阻上而降低效率。
所以一般He-Ne激光器电源，获得高于激光管着火电压的瞬时高压后，电源电压马上降至略高于激光管的工作电压，但远比激光管的着火电压为低的水平。
如下是一个采用四倍压触发，二倍压工作的450mm长的He-Ne管电源，该管工作电压为1.8-2.0kV，着火电压为4.5-5.5 kV，工作电流为8-10mA ；限流电阻选用8个8 W， 30kΩ的电阻串联；整流二极管耐压大于5kV，电流为0.05A；变压器选用输出1150V，功率30W；电容选C1，C2为0.47fμ，耐压为1.6 kV；对于C3，C4为容量为6800pf，耐压为5kV的瓷片电容。
实验目的：掌握He-Ne激光器原理与特性、了解He-Ne激光电源特点。
实验仪器：He-Ne激光器、He-Ne激光电源、转镜和f –θ透镜组件实验步骤：1、熟悉He-Ne激光器使用、2、观察He-Ne激光光束特点相位式激光测距原理将相位式激光测距仪整置于A 点（称测站），反射器整置于另一点B （称镜站）。
测距仪发射出连续的调制光波，调制波通过测线到达反射器，经反射后被仪器接收器接收。
调制波在经过往返距离2D 后，相位延迟了Φ。
如将B A ,两点之间调制光的往程和返程展开在一直线上，用波形示意图将发射波与接收波的相位差表示出来。
设调制波的调制频率为f ，它的周期f T /1=，相应的调制波长f c cT /==λ。
调制波往返于测线传播过程所产生的总相位变化Φ中，包括N 个整周变化π2⨯N 和不足一周的相位尾数∆Φ，即∆Φ+⨯=Φπ2N根据相位Φ和时间D t 2的关系式D wt 2=Φ，其中w 为角频率，则 )2(21/2∆Φ+⨯=Φ=ππN f w t D )()2/(2N N L N fc D ∆+=∆Φ+=π激光测距原理发射波与接收波的相位展开发射波与接收波的相位式中 ： 2/2/λ==f c L ——测尺长度；N ——整周数；π2/∆Φ=∆N ——不足一周的尾数。
由此可以看出，这种测距方法同钢尺量距相类似，用一把长度为2/λ的“尺子”来丈量距离，式中N 为整尺段数，而2λ⨯∆N 等于L ∆为不足一尺段的余长。
则L NL D ∆+=式中，L f c ,,为已知值，N ∆∆Φ,或L ∆为测定值。
现今的激光测距仪采用两个以上的固定频率为测尺的频率，不同的测尺频率的L ∆或N ∆由仪器的测相器分别测定出来，然后按一定计算方法求得待测距离D 。
相位式激光测距仪的工作原理由光源所发出的激光进入调制器后，被来自主控振荡器（简称主振）的高频测距信号1f 所调制，成为调幅波。
这种调幅波经外光路进入接收器，会聚在光电器件上，光信号立即转化为电信号。
这个电信号就是调幅波往返于测线后经过解调的高颇测距信号，它的相位已延迟了Φ。
∆Φ+⨯=ΦN π2这个高频测距信号与来自本机振荡器（简称本振）的高频信号1f '经测距信号混频器进行光电混频，经过选频放大后得到一个低频（11f f f '-=∆）测距信号，用D e 表示。
D e 仍保留了高频测距信号原有的相位延迟∆Φ+⨯=ΦN π2。
为了进行比相，主振高频测距信号1f 的一部分称为参考信号与本振高频信号1f '相位式激光测距仪的工作原理图同时送入参考信号混频器，经过选频放大后，得到可作为比相基准的低频（11f f f '-=∆）参考信号，0e 表示，由于0e 没有经过往返测线的路程，所以0e 不存在象D e 中产生的那一相位延迟Φ。