激光的原理及激光材料
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激光的原理及激光材料
Laser materials
1.激光的发展
Einstein
Tolman
Maiman
1.激光的发展
Maiman的第一台激光器
2.激光的原理
激光（Laser）： Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation 激光是光的受激辐射。
Thank You！
N2：E2能级的原子数，N1：E1能级的原子数
• N2<<N1时，受激辐射非常微弱。 • 只有N2>N1时，即实现粒子数反转，才能实现光放大。
半导体激光器
基本结构： 由掺杂浓度很高的半导体材 料形成 p-n 结，利用半导体能 带跃迁的复合发光引发受激 辐射而形成激光。 加电压后，n区向p区注入电子，p区向n区注入空穴
激光的特点：单色性好,方向性好；相干性好；亮度高.
基本沿某一条直线传播, 通常ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ散角限制在10-6球 面度量级的立体角内.
2.激光的原理
原 子 内 电 子 的 跃 迁 过 程
自发吸收 ：电子透过吸收光子从低能阶跃 迁到高能阶。
自发辐射 ：电子自发地透过释放光子从高 能阶跃迁到较低能阶 受激辐射 ：光子射入物质诱发电子从高能 阶跃迁到低能阶，并释放光子。 入射光子与释放的光子有相同的波长和 相位，此波长对应于两个能阶的能量差。一 个光子诱发一个原子发射一个光子，最后就 变成两个相同的光子
• 激光器的构成
激光器通常由三部分构成： (1).工作物质；(2).激励源；(3).谐振腔
红宝石脉冲激光器示意图
2.激光的原理
激光加工装置
激光应用设备
3.激光材料及分类
3.激光材料及分类
大多数激光晶体是含有激活离子的荧光晶 激光晶体材料 体，按晶体的组成分类，它们可分为掺杂 型激光晶体和自激活激光晶体两类。
常 用 的 激 光 材 料
激光玻璃
激光玻璃因储能大，制造工艺成熟，以及 价格便宜等特点，在高功率光系统、纤维 激光器和光放大器，以及其他重复频率不 高的中小激光器中得到了广泛的应用，与 激光晶体一起构成了固体激光材料的两大 类，并得到了迅速的发展。
红外材料是指与红外线的辐射、吸收、透 射和探测等相关的一些材料。
电激励
半导体薄膜
GaAs 、 GaSb 、 InAs 、 InSb 、 PbSe 、 PbTe、InGaAsP、AlGaAsSb
通过分立发光中心吸收光泵能量 后转换成激光输出
氧化铝、钇铝石榴石、硅酸盐玻璃、 磷酸盐玻璃、氟化物玻璃
4.激光材料的应用及前景
在军事和航天方面，可用于红外 伪装和红外诱饵器。红外伪装的最 基本原理是降低和消除目标和背景 的辐射差别，以降低目标被发现和 识别的可能性。
在航天领域中，航天器用红外辐射 涂层是一种高温高发射率涂层，涂 在航天器蒙皮表面上，作为辐射防 热结构。
4.激光材料的应用及前景
（1）激光器技术开发向高功率、高光束质量、高 可靠性、高智能化和低成本方向发展。 （2）激光器研究向固态方向发展，半导体激光器、 半导体泵浦固体激光器和光纤激光器成为激光器发展 方向的代表。 （3）激光技术与其他学科结合，不断拓展新兴应 用领域，特别是精密和微细加工领域的应用是激光加 工的重点应用方向，在高度精密加工的场合得到进一 步推广和应用。
2.激光的原理
激光基本上就是由受激辐射机制所产生的
图三 红宝石激光的示意图
图四 粒子数反转的状态
2.激光的原理
要获得激光发射，必须满足以下三个基本条件： （1）形成分布反转，使得受激辐射占优势 （2）具有共振腔，以实现光量子放大 （3）至少达到阀值电流密度，使得增益至少 等于损耗
2.激光的原理
红外材料
4.激光材料的应用及前景
在医学领域，随着激光技术的出现，一 种新型的以激光为基础的医疗和诊断手 段得到了迅速的发展，激光治疗的方式 包括辐照、烧灼、光刀切割以及光针针 炙等。 工业上利用激光的高密度、高亮度和高 定向性的特点，可以把激光辐射能量集 中在较小的一定空间范围内，产生几千 度到几万度以上的高温，因此可利用激 光进行多种特殊的非接触特种加工作业。 目前比较成熟的应用有激光打孔、激光 焊接、激光切割、激光表面处理和激光 印刷、激光信息存储等。
Laser materials
1.激光的发展
Einstein
Tolman
Maiman
1.激光的发展
Maiman的第一台激光器
2.激光的原理
激光（Laser）： Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation 激光是光的受激辐射。
Thank You！
N2：E2能级的原子数，N1：E1能级的原子数
• N2<<N1时，受激辐射非常微弱。 • 只有N2>N1时，即实现粒子数反转，才能实现光放大。
半导体激光器
基本结构： 由掺杂浓度很高的半导体材 料形成 p-n 结，利用半导体能 带跃迁的复合发光引发受激 辐射而形成激光。 加电压后，n区向p区注入电子，p区向n区注入空穴
激光的特点：单色性好,方向性好；相干性好；亮度高.
基本沿某一条直线传播, 通常ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ散角限制在10-6球 面度量级的立体角内.
2.激光的原理
原 子 内 电 子 的 跃 迁 过 程
自发吸收 ：电子透过吸收光子从低能阶跃 迁到高能阶。
自发辐射 ：电子自发地透过释放光子从高 能阶跃迁到较低能阶 受激辐射 ：光子射入物质诱发电子从高能 阶跃迁到低能阶，并释放光子。 入射光子与释放的光子有相同的波长和 相位，此波长对应于两个能阶的能量差。一 个光子诱发一个原子发射一个光子，最后就 变成两个相同的光子
• 激光器的构成
激光器通常由三部分构成： (1).工作物质；(2).激励源；(3).谐振腔
红宝石脉冲激光器示意图
2.激光的原理
激光加工装置
激光应用设备
3.激光材料及分类
3.激光材料及分类
大多数激光晶体是含有激活离子的荧光晶 激光晶体材料 体，按晶体的组成分类，它们可分为掺杂 型激光晶体和自激活激光晶体两类。
常 用 的 激 光 材 料
激光玻璃
激光玻璃因储能大，制造工艺成熟，以及 价格便宜等特点，在高功率光系统、纤维 激光器和光放大器，以及其他重复频率不 高的中小激光器中得到了广泛的应用，与 激光晶体一起构成了固体激光材料的两大 类，并得到了迅速的发展。
红外材料是指与红外线的辐射、吸收、透 射和探测等相关的一些材料。
电激励
半导体薄膜
GaAs 、 GaSb 、 InAs 、 InSb 、 PbSe 、 PbTe、InGaAsP、AlGaAsSb
通过分立发光中心吸收光泵能量 后转换成激光输出
氧化铝、钇铝石榴石、硅酸盐玻璃、 磷酸盐玻璃、氟化物玻璃
4.激光材料的应用及前景
在军事和航天方面，可用于红外 伪装和红外诱饵器。红外伪装的最 基本原理是降低和消除目标和背景 的辐射差别，以降低目标被发现和 识别的可能性。
在航天领域中，航天器用红外辐射 涂层是一种高温高发射率涂层，涂 在航天器蒙皮表面上，作为辐射防 热结构。
4.激光材料的应用及前景
（1）激光器技术开发向高功率、高光束质量、高 可靠性、高智能化和低成本方向发展。 （2）激光器研究向固态方向发展，半导体激光器、 半导体泵浦固体激光器和光纤激光器成为激光器发展 方向的代表。 （3）激光技术与其他学科结合，不断拓展新兴应 用领域，特别是精密和微细加工领域的应用是激光加 工的重点应用方向，在高度精密加工的场合得到进一 步推广和应用。
2.激光的原理
激光基本上就是由受激辐射机制所产生的
图三 红宝石激光的示意图
图四 粒子数反转的状态
2.激光的原理
要获得激光发射，必须满足以下三个基本条件： （1）形成分布反转，使得受激辐射占优势 （2）具有共振腔，以实现光量子放大 （3）至少达到阀值电流密度，使得增益至少 等于损耗
2.激光的原理
红外材料
4.激光材料的应用及前景
在医学领域，随着激光技术的出现，一 种新型的以激光为基础的医疗和诊断手 段得到了迅速的发展，激光治疗的方式 包括辐照、烧灼、光刀切割以及光针针 炙等。 工业上利用激光的高密度、高亮度和高 定向性的特点，可以把激光辐射能量集 中在较小的一定空间范围内，产生几千 度到几万度以上的高温，因此可利用激 光进行多种特殊的非接触特种加工作业。 目前比较成熟的应用有激光打孔、激光 焊接、激光切割、激光表面处理和激光 印刷、激光信息存储等。