改變世界的物理激光金市公開課獲獎(jiǎng)?wù)n件

1、改變世界物理學(xué)-激光（laser）第1頁(yè)第1頁(yè)主要內(nèi)容一、激光概念、特性及其原理二、激光歷史三、激光發(fā)展四、激光應(yīng)用第2頁(yè)第2頁(yè)一、激光概念、特性及其原理A laser is a device that emits light (electromagnetic radiation) through a process of optical amplification based on the stimulated emission of photons. The term laser originated as an acronym for Light Amplification by Sti

2、mulated Emission of Radiation.是指窄幅頻率光輻射線，通過受激輻射放大和必要反饋共振，產(chǎn)生準(zhǔn)直、單色、相干光束過程及儀器。 1.1 激光概念第3頁(yè)第3頁(yè)1）方向性好-激光發(fā)散角小。普通光源1.2 激光基本特性2）亮度高、能量集中3）單色性好一束普通紅光頻率范圍：6328埃He-Ne激光（中心頻率（理論值，實(shí)際幾赫茲）第4頁(yè)第4頁(yè)電燈光中光子排列不整潔，步調(diào)也不一致。而激光呢，像隊(duì)伍同樣整潔劃一地邁進(jìn) 。4）相干性好第5頁(yè)第5頁(yè) 激光是受激輻射光放大，那么什么是受激輻射？什么是光放大？第6頁(yè)第6頁(yè)原子與光有三種互相作用E2E1h A 自發(fā)輻射 處于高能級(jí)（E2）原子是

3、不穩(wěn)定，即使沒有任何外界激勵(lì)，也總會(huì)自發(fā)地躍遷到低能級(jí)（E1）上，并且發(fā)射一個(gè)頻率為，能量為h=E2-E1光子。這種輻射光子過程叫自發(fā)輻射。1.3 激光原理第7頁(yè)第7頁(yè)E2E1hB 吸取 處于低能級(jí)E1原子受到能量等于h=E2-E1光子照射時(shí)，會(huì)吸取這一光子而躍遷到高能級(jí)E2過程。 19，愛因斯坦在研究黑體輻射時(shí)，發(fā)覺輻射場(chǎng)和原子互換能量時(shí)只有自發(fā)輻射和吸取是不能達(dá)到熱平衡。要達(dá)到熱平衡，還必須存在另一個(gè)輻射方式受激輻射。第8頁(yè)第8頁(yè)C 受激輻射 當(dāng)原子中電子處于高能級(jí)時(shí)，若外來(lái)光子頻率正好滿足則電子就會(huì)在外來(lái)光子誘發(fā)下向低能級(jí)躍，并發(fā)出一個(gè)與外來(lái)光子一模同樣光子。這種過程被稱為受激輻射。E2

4、E1h第9頁(yè)第9頁(yè) 在受激輻射中，一個(gè)光子能夠產(chǎn)生兩個(gè)頻率、相位、偏振方向和傳播方向完全相同光子，假如這兩個(gè)光子再引起其它原子產(chǎn)生受激輻射，就會(huì)得到更多特性完全相同光子，即形成“光放大”。 第10頁(yè)第10頁(yè)光放大是不是很容易發(fā)生呢？ 對(duì)于一個(gè)原子體系來(lái)說，若能量密度為 光信號(hào)存在，那么體系將既有吸取過程又有受激發(fā)射過程。凈受激發(fā)射能量是：式中B、C為愛因斯坦受激發(fā)射系數(shù)和吸取系數(shù)，且可證實(shí)B = C。要使受激發(fā)射超出吸取，有激光輸出，必須設(shè)法使高能級(jí)原子數(shù)不小于低能級(jí)原子數(shù)，即N2 N1。1.4 粒子數(shù)反轉(zhuǎn)第11頁(yè)第11頁(yè)但在普通熱平衡條件下， N2 與 N1滿足Boltzmann關(guān)系：即 N

5、2 N1。這種情況被稱為“粒子數(shù)反轉(zhuǎn)”。它是產(chǎn)生激光必要條件。第12頁(yè)第12頁(yè)原子處于激發(fā)態(tài)時(shí)間很短，普通在10-8s左右，但有原子存在一些亞穩(wěn)態(tài)，能夠停留10-3s左右。在亞穩(wěn)態(tài)上粒子數(shù)不斷積累，實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布，達(dá)到光放大目的。.第13頁(yè)第13頁(yè)1.5 激光器基本結(jié)構(gòu)一臺(tái)激光器是由工作物質(zhì)、諧振腔和激勵(lì)能源(泵浦)構(gòu)成。 工作物質(zhì)（ given material ）含有一定能級(jí)結(jié)構(gòu)(存在“亞穩(wěn)態(tài)能級(jí)”) ，可在泵浦作用下實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)。不同激光器工作物質(zhì)不同。光學(xué)諧振腔（ resonant cavity ） 在工作物質(zhì)兩端安置兩面互相平行反射鏡，其中一面是全反射鏡，另一面是部分反射鏡，這

6、兩面反射鏡及它們之間空間稱為光學(xué)諧振腔。泵浦(pump)作用是為工作物質(zhì)提供能量，使其原子或分子發(fā)生粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布。第14頁(yè)第14頁(yè)第15頁(yè)第15頁(yè)光學(xué)諧振腔其作用： 1) 產(chǎn)生和維持光振蕩 光在粒子數(shù)反轉(zhuǎn)工作物質(zhì)中傳播時(shí)，得到光放大，當(dāng)光到達(dá)反射鏡時(shí)，又反射回來(lái)穿過工作物質(zhì)，進(jìn)一步得到光放大，這樣不斷地反射現(xiàn)象為光振蕩。2) 擬定激光方向 從部分透射光反射鏡透射出光很強(qiáng)，這就是輸出激光。由于只有在軸線方向上振蕩光才加強(qiáng)，其它方向光受克制，因此激光方向性好。3) 選頻 光在諧振腔傳播時(shí)形成駐波，由于要滿足駐波條件L=/2，不滿足此條件光不久削弱而被淘汰，因此激光單色性好。另外，諧振腔又起選頻作

7、用。第16頁(yè)第16頁(yè)激光工作物質(zhì)全反射鏡半反射鏡out激光器工作原理out第17頁(yè)第17頁(yè) 按工作方式分 連續(xù)激光器（功率可達(dá)104 W） 脈沖激光器（瞬時(shí)功率可達(dá)1014 W ）1.6 激光器種類：固體激光器，如紅寶石（Al2O3）激光器；液體激光器，如一些染料激光器；氣體激光器，如He-Ne激光器，CO2激光器；半導(dǎo)體激光器，如砷化鎵 （GaAs）激光器；按工作物質(zhì)分第18頁(yè)第18頁(yè)史前時(shí)代17世紀(jì)對(duì)光本性探求：波動(dòng)說：以一定方式沿空間傳播波動(dòng)過程，惠更斯、虎克；微粒說：以典型方式運(yùn)動(dòng)著微小粒子，牛頓；19世紀(jì)：光波動(dòng)本性有了進(jìn)一步發(fā)展電磁場(chǎng)理論、麥克斯韋方程組二、激光歷史第19頁(yè)第19頁(yè)

8、19世紀(jì)下半葉發(fā)展起來(lái)電磁場(chǎng)理論能夠解釋光反射、折射、干涉、衍射、偏振和雙折射等現(xiàn)象；然而到了20世紀(jì)初，出現(xiàn)了黑體輻射、原子線狀光譜、光電效應(yīng)、光化學(xué)反應(yīng)和康普頓散射等試驗(yàn)現(xiàn)象，這些涉及到光與物質(zhì)互相作用時(shí)能量與動(dòng)量互換特性就無(wú)法用當(dāng)初典型理論來(lái)解釋。第20頁(yè)第20頁(yè)拂曉前黑暗19，普朗克提出了能量量子化概念，并因此取得19諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)；19，愛因斯坦提出光子假說并成功解釋了光電效應(yīng)，并因此取得19諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)；in recognition of the services he rendered to the advancement of Physics by his discovery

9、 of energy quantafor his services to Theoretical Physics, and especially for his discovery of the law of the photoelectric effect 第21頁(yè)第21頁(yè)19，玻爾借鑒了普朗克量子概念提出了全新原子結(jié)構(gòu)模型，并因此取得1922年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)；19，愛因斯坦在玻爾原理結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，提出了受激輻射理論，為激光出現(xiàn)奠定了理論基礎(chǔ)；1928年，Landenburg證實(shí)了受激輻射和“負(fù)吸取”存在；for his services in the investigation of the

10、 structure of atoms and of the radiation emanating from them 第22頁(yè)第22頁(yè)1940年，V.A Fabrikant在其博士論文中提出了產(chǎn)生粒子數(shù)反轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)辦法，粒子數(shù)反轉(zhuǎn)是MASER/LASER產(chǎn)生必要條件。第23頁(yè)第23頁(yè)1947年，Lamb和Reherford在氫原子光譜中發(fā)覺了明顯受激輻射，這是受激輻射第一次被試驗(yàn)驗(yàn)證。Lamb由于在氫原子光譜研究方面成績(jī)?nèi)〉?955年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)；1950年，Kastler提出了光學(xué)泵浦辦法，兩年后該辦法被實(shí)現(xiàn)。他由于提出了這種利用光學(xué)手段研究微波諧振辦法而取得諾貝爾獎(jiǎng)。for his di

11、scoveries concerning the fine structure of the hydrogen spectrum for the discovery and development of optical methods for studying Hertzian resonances in atoms第24頁(yè)第24頁(yè)1951年,Townes提出受激輻射微波放大，即MASER概念。1954年，第一臺(tái)氨分子Maser建成，初次實(shí)現(xiàn)了粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，其主要作用是放大無(wú)線電信號(hào)，以便研究宇宙背景輻射。Townes由于在受激輻射放大方面成就取得1964年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。for fundame

12、ntal work in the field of quantum electronics, which has led to the construction of oscillators and amplifiers based on the maser-laser principle 第25頁(yè)第25頁(yè)突破1956年Nicolaas Bloembergen在哈弗大學(xué)提出了固態(tài)微波激射器概念， 于1956年10月在Physical Review上發(fā)表了一片又決定意義文章，第一臺(tái)成功設(shè)備幾種月后在Bell試驗(yàn)室研制出來(lái)。 1958年Schawlow和Townes在Physical Review

13、 Letters 上發(fā)表論文“Infrared and Optical Maser”，標(biāo)志著激光作為一個(gè)新事物登上了歷史舞臺(tái)。第26頁(yè)第26頁(yè)1959年，Gordon Gould 發(fā)表論文“The LASER: Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation”，這是LASER這一術(shù)語(yǔ)第一次被提出。1960年5月，休斯試驗(yàn)室Maiman和Lamb共同研制紅寶石激光器發(fā)出了694.3nm紅色激光，這是公認(rèn)世界上第一臺(tái)激光器。第27頁(yè)第27頁(yè)1960年年中，IBM試驗(yàn)室Sorokin和Stevenson利用CaF2中三價(jià)鈾制成了第一臺(tái)四

14、能級(jí)固體激光器；1960年12月，BELL試驗(yàn)室Javan，Bennett和Herriott制成了第一臺(tái)氦氖氣體激光器；第28頁(yè)第28頁(yè)1961年，Elias Snitzer 報(bào)道了第一臺(tái)釹玻璃激光器成功出光。這種激光器成為了激光武器研究第一個(gè)候選方案，現(xiàn)在被作為可控核聚變主要候選光源；1961年:P. A. Franken, A.E. Hill等人將紅寶石激光器發(fā)出光脈沖通過石英晶體，將紅光變成了綠光，成功演示了諧波產(chǎn)生非線性光學(xué)效應(yīng)，這是高效非線性光學(xué)初次試驗(yàn)演示。1962年，第一臺(tái)釔釹石榴石(YAG)激光器在BELL試驗(yàn)室誕生，這種激光器現(xiàn)在在材料加工等各種領(lǐng)域仍然發(fā)揮著不可替換作用。第

15、29頁(yè)第29頁(yè)1962年，GE、IBM和MIT林肯試驗(yàn)室研究小組幾乎同時(shí)報(bào)道了砷化鎵（GaAs）激光器；1962年，F(xiàn). J. McClung 和R. W. Hellwarth研發(fā)了激光器調(diào)Q技術(shù)，從而使激光器能發(fā)出高單脈沖能量短脈沖；1962年，美國(guó)4個(gè)研究小組幾乎同時(shí)報(bào)道了研制成功效夠在液氮冷卻條件下脈沖工作半導(dǎo)體激光器，這是在光通訊、光存儲(chǔ)和光學(xué)泵浦等 主要領(lǐng)域走出含有里程碑意義 一步；第30頁(yè)第30頁(yè)1963年，Herbert Kroemer和Rudolf Kazarinov、Zhores Alferov團(tuán)隊(duì)獨(dú)立提出了利用異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體激光器思緒，這一工作使得他們?nèi)〉昧酥Z貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)

16、。 1964年，C. K. N. (Kumar) Patel研制了第一臺(tái)CO2激光器；1964年，William B. Bridges研制了第一臺(tái)離子激光器；第31頁(yè)第31頁(yè)1964年，J. E. Geusic、H. M. Marcos和L. G. Van Uitert研制了第一臺(tái)摻釹釔鋁石榴石（Nd：YAG）固體激光器，這是現(xiàn)在被應(yīng)用于切割、焊接、光學(xué)應(yīng)用和非線性光學(xué)領(lǐng)域用途最廣激光器；1964年，C. J. Koester和E. Snitzer研制了第一臺(tái)摻釹光纖放大器。光纖放大器現(xiàn)在被廣泛應(yīng)用于光通訊和高能激光器中。1964:Arno Penzias和Robert Wilson利用MAS

17、ER作為放大器觀測(cè)3K宇宙背景輻射，從而證實(shí)了Big Bang Theory。他們因此取得了1978年諾貝爾獎(jiǎng)。第32頁(yè)第32頁(yè)1965年，Anthony J.DeMaria, D. A. Stetser和H. A. Heynau報(bào)道了第一臺(tái)利用釹玻璃激光器和飽和吸取器產(chǎn)生皮秒級(jí)脈沖激光器。1965年，George C. Pimentel和Jerome V. V. Kasper 研制了第一臺(tái)化學(xué)激光器；1965年，Peter Sorokin和John R. Lankard 研制了第一臺(tái)生物染料激光器，現(xiàn)在廣泛應(yīng)用在超快光學(xué)和光譜學(xué)領(lǐng)域；第33頁(yè)第33頁(yè)在1980年代后期，半導(dǎo)體技術(shù)使得更高效而

18、耐用半導(dǎo)體激光二極管成為也許，這些在小功率CD和DVD光驅(qū)和光纖數(shù)據(jù)線中得到使用。第34頁(yè)第34頁(yè)在1990年代，高功率激光激發(fā)原理得到實(shí)現(xiàn)，比如片狀激光和纖維激光。后者由于新加工技術(shù)和20kW高功率不斷地被應(yīng)用到材料加工領(lǐng)域中，從而部分替換了CO2激光和Nd:YAG-激光。第35頁(yè)第35頁(yè)代，激光非線性得到利用，來(lái)制造X射線脈沖（來(lái)跟蹤原子內(nèi)部過程）；另一方面，藍(lán)光和紫外線激光二極管已經(jīng)開始進(jìn)入市場(chǎng)。在年，中國(guó)研制出一種名為氟代硼鈹酸鉀（KBBF晶體，可用于激發(fā)深紫外線激光，一旦成功應(yīng)用，可令每片光碟容量超過1TB，亦使半導(dǎo)體上可儲(chǔ)存電路密度大幅提高 第36頁(yè)第36頁(yè) 1961年夏，在王之江

19、主持下，中國(guó)第一臺(tái)激光器紅寶石激光器在長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械研究所誕生，這是王大珩和他領(lǐng)導(dǎo)長(zhǎng)春光機(jī)所創(chuàng)造一項(xiàng)輝煌結(jié)果。 這臺(tái)激光器研制成功，使我國(guó)成為繼美國(guó)之后第二個(gè)擁有激光器國(guó)家，引起了國(guó)內(nèi)外震驚。王之江院士中國(guó)激光器第37頁(yè)第37頁(yè)中國(guó)各類激光器“第一臺(tái)” 名 稱研制成功時(shí)間 研 制 人 紅寶石激光器1961年9月王之江等He-Ne激光器1963年7月 鄧錫銘等 摻釹玻璃激光器1963年6月干福熹等GaAs同質(zhì)結(jié)半導(dǎo)體激光器1963年12月王守武等脈沖Ar+激光器1964年10月萬(wàn)重怡等CO2分子激光器1965年9月王潤(rùn)文等CH3I化學(xué)激光器1966年3月鄧錫銘等YAG激光器1966年7月屈乾華

20、等第38頁(yè)第38頁(yè)從19愛因斯坦提出受激輻射概念到1960年第一臺(tái)激光器誕生，其間用了近半個(gè)世紀(jì)，而事實(shí)上卻沒有太多理論上突破，為何激光器沒有早半個(gè)世紀(jì)誕生？為何各類第一臺(tái)激光器都是誕生在IBM、GE、BELL試驗(yàn)室？第39頁(yè)第39頁(yè)三、激光發(fā)展發(fā)展更大為了進(jìn)行高能物理、熱核聚變等方面研究工作，激光器產(chǎn)生能量密度和功率不斷提升?，F(xiàn)在世界上功率最大激光器是美國(guó)國(guó)家點(diǎn)火工程（NIF）中使用NOVA激光系統(tǒng)，其峰值功率達(dá)到1.3PW（1015W）。第40頁(yè)第40頁(yè)激光發(fā)展NIS已經(jīng)于點(diǎn)火成功，年報(bào)道單脈沖能量達(dá)到1MJ，峰值功率1015W以上。超出美國(guó)歷史上任意時(shí)刻消耗電功率500倍以上。NIS第4

21、1頁(yè)第41頁(yè)激光發(fā)展當(dāng)前，神光-原型裝置“十五”建設(shè)目的已圓滿完畢，達(dá)到“8束出光，脈沖-萬(wàn)焦耳”水平，標(biāo)志著我國(guó)成為繼美、法后世界上第三個(gè)系統(tǒng)掌握新一代高功率激光驅(qū)動(dòng)器總體技術(shù)國(guó)家，使我國(guó)成為繼美國(guó)之后世界上第二個(gè)具備獨(dú)立研究、建設(shè)新一代高功率激光驅(qū)動(dòng)器能力國(guó)家。第42頁(yè)第42頁(yè)激光發(fā)展更小各種工業(yè)批示、標(biāo)識(shí)、探測(cè)用半導(dǎo)體激光器或者半導(dǎo)體泵浦固體激光器向著小型化方向發(fā)展；第43頁(yè)第43頁(yè)激光發(fā)展更集成 各種通信用激光模塊，往往包括十幾種甚至幾十個(gè)半導(dǎo)體激光器，并且集成了調(diào)制、功率檢測(cè)、溫度監(jiān)測(cè)等功效模塊。第44頁(yè)第44頁(yè)激光發(fā)展更快更高調(diào)制頻率：GHz；更短脈沖寬度：阿秒脈沖(attosec

22、ond Laser)；德國(guó)Max Planck量子光學(xué)研究中心成功產(chǎn)生了脈沖寬度小于1飛秒（10-15s）光脈沖，這一發(fā)光時(shí)間小于可見光波長(zhǎng)一個(gè)振蕩周期。第45頁(yè)第45頁(yè)激光發(fā)展更多樣化多樣化泵浦方式：光泵浦、電泵浦、化學(xué)能泵浦、熱泵浦等、磁泵浦；多樣化工作物質(zhì)：固體（Nd：YAG）、氣體（He-Ne、CO2）、液體、染料、半導(dǎo)體、自由電子等；第46頁(yè)第46頁(yè) 激光通信 光盤讀寫 激光全息 激光醫(yī)療 材料加工 激光在軍事上應(yīng)用四、激光應(yīng)用第47頁(yè)第47頁(yè)醫(yī)療：最早激光醫(yī)療應(yīng)用：1961年12月在哥倫比亞長(zhǎng)老會(huì)醫(yī)院用紅寶石激光器進(jìn)行了視網(wǎng)膜腫瘤治療；腫瘤治療；眼科手術(shù)：視網(wǎng)膜焊接、近視治療；美容

23、；外科手術(shù)等。第48頁(yè)第48頁(yè)激光應(yīng)用科研：1971年，Dennis Gabor由于在1946年至1951年間發(fā)表一系列文章提出了光學(xué)全息術(shù)而取得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)，然而真正全息照相直到激光器被創(chuàng)造才成為現(xiàn)實(shí)。 1985:Steven Chu等人研究出了利用激光束冷凍、捕獲原子辦法，這一辦法對(duì)于研究基礎(chǔ)物理現(xiàn)象和以空前精度測(cè)量主要物理量起到了主要作用，他們因此取得了1997年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。第49頁(yè)第49頁(yè)激光應(yīng)用Eric Cornell等人由于在波色-愛因斯坦凝聚態(tài)方面研究取得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)；“for the achievement of Bose-Einstein condensation i

24、n dilute gases of alkali atoms.” 年Roy J. Glauber等人由于在基于激光高精度光譜測(cè)量領(lǐng)域奉獻(xiàn)取得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)；“ for their contributions to the development of laser-based precision spectroscopy, including the optical frequency comb technique”20高錕等人由于在光纖通訊領(lǐng)域奉獻(xiàn)取得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng) ；for their groundbreaking achievements concerning the transmissi

25、on of light in fibers for optical communication第50頁(yè)第50頁(yè)激光應(yīng)用擬定地月距離登月是20世紀(jì)最大騙局？1969年阿波羅15號(hào)在登月時(shí)帶上了一套尤其設(shè)備大型角反射器，用來(lái)反射從地球發(fā)射過來(lái)激光光束，通過統(tǒng)計(jì)往返時(shí)間來(lái)計(jì)算地月距離。激光發(fā)散角很小，其光斑半徑在月面上小于1km，而普通探照燈光斑在月面上會(huì)不小于月球直徑。第51頁(yè)第51頁(yè)激光應(yīng)用軍事激光測(cè)距直接摧毀激光制導(dǎo)第52頁(yè)第52頁(yè)激光應(yīng)用其它條碼掃描照明、成像通訊娛樂第53頁(yè)第53頁(yè) 直徑只有幾納米、長(zhǎng)約100納米碳納米管含有半導(dǎo)體性能，這意味著碳納米管也許在某天成為低功率超快速計(jì)算機(jī)芯片基

26、礎(chǔ)。迄今，安裝碳納米管惟一辦法是利用一個(gè)名為原子力顯微鏡昂貴設(shè)備，設(shè)法推動(dòng)納米管至預(yù)定位置，然而這種辦法操縱起來(lái)十分費(fèi)事。 為了改變這種情況，美國(guó)伊利諾伊州紐約大學(xué)科學(xué)家和一家光學(xué)公司科研人員試驗(yàn)了一個(gè)名為“光學(xué)捕獲”技術(shù)，試圖更便利地操縱碳納米管。光學(xué)捕獲技術(shù)就是利用激光能捕獲微小粒子能力，在移動(dòng)激光束時(shí)使微小粒子跟隨激光移動(dòng)。由于激光能捕獲微小粒子，因此在它移動(dòng)時(shí)就會(huì)像鑷子同樣，“夾”著微小粒子移動(dòng)?？茖W(xué)家把這種現(xiàn)象稱為“激光鑷子”。 現(xiàn)在生物學(xué)家已能用激光鑷子夾住單個(gè)細(xì)胞。比如，從血液中分離出單個(gè)血紅細(xì)胞用于研究鐮刀狀血紅細(xì)胞貧血癥或瘧疾治療研究。激光鑷子能“夾”住微小粒子，是由于激光束

27、中心強(qiáng)度不小于邊沿強(qiáng)度，因此當(dāng)激光束照射一個(gè)微小粒子時(shí)，從中心折射光線要比向前光線多。 激光應(yīng)用-激光鑷子第54頁(yè)第54頁(yè)4.1 激光通信以激光作為載波傳遞信息一個(gè)通信方式。（1） 大氣激光通信結(jié)構(gòu)：調(diào)制器Laser放大器光電轉(zhuǎn)換器解調(diào)器放大器發(fā)射機(jī)接受機(jī)發(fā)話器受話器發(fā)射望遠(yuǎn)鏡接受望遠(yuǎn)鏡大氣傳播第55頁(yè)第55頁(yè)長(zhǎng)處：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)樸，通信輕便。保密性好，抗干擾 能力強(qiáng)。缺點(diǎn)：在大氣中傳播，激光衰減嚴(yán)重，天氣影響 大，且只能直線傳播，通信受到限制。第56頁(yè)第56頁(yè)（2）空間激光通信衛(wèi)星間通信。在靠近真空環(huán)境下進(jìn)行激光通信，如衛(wèi)星與激光在真空中傳播衰減小，可用小功率激光器實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離通信。 長(zhǎng)處：Laser

28、第57頁(yè)第57頁(yè)（3）水下（對(duì)潛）通信利用波長(zhǎng)為0.460.53m蘭綠色激光（能穿透幾百到幾千米海水）在海水中進(jìn)行通信。美國(guó)于1981年在圣地亞哥附近海域上空1200米與水下300米處潛艇用蘭綠色激光通信并獲成功第58頁(yè)第58頁(yè)（4） 激光光纖通信：讓載有信號(hào)激光束通過光導(dǎo)纖維傳播至對(duì)方以實(shí)現(xiàn)通信辦法。光導(dǎo)纖維光纜光放大器光纜傳導(dǎo)原理：全反射第59頁(yè)第59頁(yè)4.2 光盤讀寫 上世紀(jì)80年代，出現(xiàn)了一個(gè)新存儲(chǔ)介質(zhì)光盤，由于它存儲(chǔ)密度高而被廣泛應(yīng)用于音響影視及計(jì)算機(jī)設(shè)備等領(lǐng)域，并逐步取代磁帶、磁盤等存儲(chǔ)介質(zhì)。 第60頁(yè)第60頁(yè) CD/VCD/DVD是通過在涂有玻璃層主盤上，用高能紅外線激光束燒出直

29、徑很小小孔制作成。用這種主盤做成模子，上面帶有燒好激光孔，然后往模子上注入熔化各種碳酸鹽酯，就基本上構(gòu)成CD/VCD/DVD主體。接著在碳酸鹽酯上沉淀一薄層反射鋁，在覆蓋一層起保護(hù)作用表層，CD/VCD/DVD 就完畢了。 第61頁(yè)第61頁(yè)4.3 激光全息（1） 全息照相第62頁(yè)第62頁(yè)（2）全息防偽第63頁(yè)第63頁(yè)4.4 激光醫(yī)療激光美容（打耳孔、除痣、清除紋身等等）激光理療激光手術(shù)第64頁(yè)第64頁(yè)激光醫(yī)療機(jī)第65頁(yè)第65頁(yè)第66頁(yè)第66頁(yè)4.5 激光材料加工激光雕刻激光切割激光焊接第67頁(yè)第67頁(yè)4.6 激光在軍事上應(yīng)用激光偵測(cè)激光制導(dǎo)激光武器反激光武器第68頁(yè)第68頁(yè)（1） 激光偵測(cè)La

30、serA 激光警衛(wèi)光電探測(cè)器夜色來(lái)臨，海面上有一無(wú)形，視而不見，觸而不覺哨兵-紅外激光探測(cè)器監(jiān)視著海面，當(dāng)有不速之客到來(lái)，光線擋斷，光電探測(cè)器探測(cè)不到激光而進(jìn)行聲光報(bào)警Laser第69頁(yè)第69頁(yè)B 激光測(cè)距原理：主要結(jié)構(gòu)：激光發(fā)射器；電源和顯示裝置。激光接受器；記時(shí)器電源放大器光電轉(zhuǎn)換 器距離顯示器Laser激光發(fā)射器；激光接受器；射向目的來(lái)自目的參考光第70頁(yè)第70頁(yè)用途：能快速而準(zhǔn)確地測(cè)定目的距離，將距離信息直接輸送給火炮系統(tǒng)，大大提升武器射擊精度以及首發(fā)命中率?，F(xiàn)實(shí)狀況： 在各兵種中普遍使用。分別安裝于各種坦克、地炮、艦艇、飛機(jī)上（精度一米） 也可改作測(cè)高儀，用于飛機(jī)上測(cè)量溝渠、積雪、海

31、浪、公路、樹林高度。 現(xiàn)在研制 激光相位測(cè)距儀，其精度可提升到0.1米。戰(zhàn)例： 1982年6月6日-11日。以色列對(duì)黎巴嫩作戰(zhàn)中，以色列在直升飛機(jī)上裝置了137枚陶氏反坦克導(dǎo)彈向黎巴嫩坦克發(fā)起襲擊。導(dǎo)彈137枚，命中了99枚。取得了很大成功。第71頁(yè)第71頁(yè)戰(zhàn)果：投彈-137枚命中-99枚死彈-19枚因沒安裝激光測(cè)距儀而射遠(yuǎn)-19枚沒命中-38枚，其中：衛(wèi)星跟蹤測(cè)距儀第72頁(yè)第72頁(yè)C 激光雷達(dá)和跟蹤系統(tǒng)利用激光波束對(duì)目的進(jìn)行探測(cè)和定位裝置（普通雷達(dá)是利用微波對(duì)目的進(jìn)行探測(cè)和定位）特點(diǎn)：光波頻率高、波束窄長(zhǎng)處：測(cè)量精度高；體積小、重量輕、機(jī)動(dòng)性能好。分辯率高；（波長(zhǎng)短，波束窄）CO2激光雷達(dá)與

32、微波雷達(dá)相比：測(cè)角精度高五倍，測(cè)速精度高一萬(wàn)倍。CO2激光雷達(dá)可分辯450米處，3.2mm金屬線。缺點(diǎn)：受天氣影響，不能全天候工作。第73頁(yè)第73頁(yè)D 激光偵察“室內(nèi)發(fā)言，墻外有耳”第74頁(yè)第74頁(yè)（2）激光制導(dǎo) 利用激光控制炸彈、炮彈、導(dǎo)彈，使這之“長(zhǎng)上眼睛”，盯住目的，窮追不舍，直到將它毀滅。A 激光波束（駕束）制導(dǎo)裝置：A-激光照射器；B-導(dǎo)彈發(fā)射器；C-尾部帶有激光接 收器制導(dǎo)導(dǎo)彈。ACBC第75頁(yè)第75頁(yè)制導(dǎo)原理：激光器向目的照射激光，導(dǎo)彈發(fā)射器發(fā)射導(dǎo)彈，導(dǎo)彈尾部激光接受器接收激光束信號(hào)，依接受信號(hào)強(qiáng)弱使導(dǎo)彈保特在激光束中，直至命中目的。AAAA激光駕束制導(dǎo)長(zhǎng)處：系統(tǒng)小巧、輕便、適合

33、用于單兵使用；缺點(diǎn)：技術(shù)難度大。B第76頁(yè)第76頁(yè)彈體B 半積極式激光制導(dǎo)導(dǎo)引頭控制系統(tǒng)45678123結(jié)構(gòu)：A）激光照射器B）導(dǎo)彈發(fā)射器C）裝有“尋器”導(dǎo)彈1-濾光器；2-透鏡；3-光敏元件；4-放大器5-計(jì)算器；6-自動(dòng)駕駛儀；7-舵面伺服儀。電源第77頁(yè)第77頁(yè)半積極式激光制導(dǎo)過程是當(dāng)前較成熟一個(gè)激光制導(dǎo)方式，多用于對(duì)付地面目的。如激光制導(dǎo)炸彈、炮彈、空地導(dǎo)彈等。第78頁(yè)第78頁(yè)C 全積極式制導(dǎo) 激光照射器與目的尋器均裝在導(dǎo)彈彈體上。作戰(zhàn)時(shí)，激光照射器向目的照射激光，目的尋器接受目的反射來(lái)激光信號(hào)，將導(dǎo)彈導(dǎo)向目的。當(dāng)前尚不很成熟！第79頁(yè)第79頁(yè)Laser（3）激光武器直接利用高度集中激光能量對(duì)敵人和敵人武器進(jìn)行殺傷、破壞武器。特點(diǎn)：1）不需計(jì)算彈導(dǎo)，“指哪打哪”。2）不需計(jì)算提前量，“說時(shí)遲，那時(shí)快”。特 別適合襲擊高速運(yùn)動(dòng)目的。3）無(wú)反沖之?dāng)_；4）不受電子干擾。受天氣影響，云霧、雨雪都有是激光難以逾越障礙。局限：第80頁(yè)第80頁(yè)電源A 低能激光武器（激光輕武器、單兵激光武器）a）激光手槍第一支激光手槍是用紅寶石激光器制成用途：可在幾米內(nèi)燒毀衣服、