简述激光技术的发展史与应用前沿

本科生课程作业（论文）简述激光技术发展史与应用技术前沿

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学院:应用数理学院

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2015年9月13日

简述激光技术发展史与应用技术的普及

摘要

20世纪以来物理学的基础研究不断推进科技的发展。直至21世纪，我们无时无刻不享用着新技术给我们生活带来的便利。而在各个领域均大规模投入使用的激光技术已经说明现代电子技术的先进性。本文将结合课上所学内容，着重介绍激光技术概念的提出及激光器问世过程；从国内与国外的角度对比主流技术区别，同时简要介绍激光技术的应用。

关键词：光的产生；Laser；梅曼；国内；应用普及

目录

第1章引言

第2章激光概念的提出与激光器的问世

2.1自发辐射

2.2 Laser概念的问世

2.2.1受激辐射

2.3以梅曼的红宝石激光器为开端

第3章国内激光技术的发展

3.1第一次听到“激光”

3.2早期激光技术的发展

第4章激光技术的应用

4.1激光器的构成

4.2激光器的特点

4.3国内外前沿

4.3.1国外：世界上最大的激光器

4.3.2国内：矢量漩涡光束激光器研究取得突破

参考文献

第1章引言

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”。

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 1917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。

第2章激光概念的提出与激光器的问世

2.1自发辐射

自发辐射是原子在真空场作用下发生的跃迁。空间中即使没有人为施加的辐射场，也会自发地存在零点场，即辐射场模n=0的真空场。在这种辐射场的作用下，原子就会自发地从上能级跃迁到下能级，同时向辐射场发射一个能量为hν的光子。

自发辐射是不受外界辐射场影响的自发过程，各个原子在自发跃迁过程中是彼此无关的，不同原子产生的自发辐射光在频率、相位、偏振方向及传播方向都有一定的任意性。

通俗的说，自发辐射就是在没有任何外界作用下，激发态原子自发地从高能级（激发态）向低能级（基态）跃迁，同时辐射出一个光子的过程。

2.2 Laser概念的问世

2.2.1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，即一个光子变成两个光子，这就叫做“受激辐射的光放大”（Light Amplification by Stimulated Emission of Radition），简称激光(laser)。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（单色性与相干性意义相同）。

2.3以梅曼的红宝石激光器为开端

受激辐射提出后，陆续有科学家进行研究。

如1916-1930年间拉登堡及其合作者对氖的色散的研究并于1933年绘制出色散系数随放电带电流密度变化的曲线。

1940年，法布里坎特首先注意到了负吸收现象。这一阶段发展并不迅速。

1947年，也就是第二次世界大战之后，兰姆和雷瑟夫指出通过粒子数反转可以受激辐射，从此激光理论的研究开始突破。

1952年帕塞尔及其合作者实现了粒子数反转，观察到了负吸收现象。第二年，韦伯产生了利用受激辐射诱发原子或分子，从而放大电磁波的思想，进而提出了微波辐射器的原理。

1957年斯科威尔实现了固体顺磁微波激射器。既然微波可以激发受激辐射，那么红外乃至可见光等也应该可以。

1958年Arthur L. Schawlow和Charles H. Townes发表了著名的“红外与光学激射器”一文，1959年汤斯提出了建造红宝石激光器的建议。

在全世界顶尖的实验室都争取第一个发明激光器的情况下，梅曼从Arthur L. Schawlow和Charles H. Townes两位学者的研究中得到启发，在1960年5月15日，成功制成了世界上第一台可操作的波长为0.6943微米的红宝石激光器。他将直径1cm、长2cm的红宝石两端先镀上银膜，在其一端开个小孔让激光输出，将红宝石晶体放在螺旋氙闪光灯中，然后将他们放进高反射的圆筒内，创造出了相干脉冲激光光束，这一成果后来震惊了全世界。这是人类有史以来获得的第一束激光，梅曼因而也成为世界上第一个将激光引入实用领域的科学家。

从此，世界激光研究大戏正式拉开序幕。

第3章国内激光技术的发展

3.1第一次听到“激光”

“激光”一词是“LASER”的意译。LASER原是Light Amplification by Stimulated Emission of Radition取字头组合而成的专门名词，在我国曾被翻译成“莱塞”、“光激射器” 、“光受激辐射放大器”等。1964年，钱学森院士提议取名为“激光”，既反映了“受激辐射”的科学内涵，又表明它是一种很强烈的新光源，贴切、传神而又简洁，得到我国科学界的一致认同并沿用至今。

3.2早期激光技术的发展

1957年，王大珩等在长春建立了我国第一所光学专业研究所——中国科学院（长春）光学精密仪器机械研究所（简称“光机所”）。在老一辈专家带领下，一批青年科技工作者迅速成长，邓锡铭是其中的突出代表。早在1958年美国物理学家肖洛、汤斯关于激光原理的著名论文发表不久，他便积极倡导开展这项新技术研究，在短时间内凝聚了富有创新精神的中青年研究队伍，提出了大量提高光源亮度、单位色性、相干性的设想和实验方案。1960年世界第一台激光器问世。1961年夏，在王之江主持下，我国第一台红宝石激光器研制成功。此后短短几年内，激光技术迅速发展，产生了一批先进成果。各种类型的固体、气体、半导体和化学激光器相继研制成功。