《激光原理緒論》PPT課件.ppt

1、激 光 原 理,Principles of Laser,教材：激光原理周炳琨 學(xué)時(shí)： 54 主講教師： 邵 敏,第一章：概述激光器基本原理,第二章：開放式光諧振腔理論與高斯光束,第四章：闡明光和物質(zhì)相互作用的基本物理過程,第五章、第六章：激光振蕩和放大理論,對(duì)激光技術(shù)中的物理問題有較系統(tǒng)全面的認(rèn)識(shí)；,內(nèi) 容 概 要,目標(biāo),建立正確的基本概念；,掌握一定的有關(guān)激光技術(shù)方面的知識(shí)。,按時(shí)上課，不遲到不早退。,課 程 要 求,有事請(qǐng)請(qǐng)假。 上課請(qǐng)關(guān)機(jī)，勿吃東西。,認(rèn)真學(xué)習(xí)，快樂學(xué)習(xí)。 成績(jī)：平時(shí)20%，考試80%。,E-mail:,激光（Light Amplification by Stimulat

2、ed Emission of Radiation） 意思是“受激輻射的光放大”。其最 初中文名叫做“鐳射”、“萊塞”，是 它的英文名稱LASER的音譯。激光 是20世紀(jì)以來，繼原子能、計(jì)算機(jī)、 半導(dǎo)體之后，人類的又一重大發(fā)明。 1916 年愛因斯坦提出其基本原理， 1960 年激光才被首次成功制造。激 光的發(fā)展不僅使古老的光學(xué)科學(xué)獲得 新生，而且導(dǎo)致一個(gè)新興產(chǎn)業(yè)的出現(xiàn)。,什么是激光？,激光的基本概念,激光：愛因斯坦在1916年提出了的一套全新的理論。這一理論是說在組成物質(zhì)的原子中，有不同數(shù)量的粒子（電子）分布在不同的能級(jí)上，在高能級(jí)上的粒子受到某種光子的激發(fā)，會(huì)從高能級(jí)跳到（躍遷）到低能級(jí)上，

3、這時(shí)將會(huì)輻射出與激發(fā)它的光相同性質(zhì)的光，而且在某種狀態(tài)下，能出現(xiàn)一個(gè)弱光激發(fā)出一個(gè)強(qiáng)光的現(xiàn)象。這就叫做“受激輻射的光放大”。 普通光源：自發(fā)輻射。,激光的發(fā)展,1917年，愛因斯坦在關(guān)于輻射的量子力學(xué)一文預(yù)言了原子受激輻射發(fā)光的可能性，即存在激光的可能性。 1958年，美國(guó)科學(xué)家肖洛和湯斯將內(nèi)光燈泡所發(fā)射的光照在一種稀土晶體上時(shí)，晶體的分子會(huì)發(fā)出鮮艷的、始終會(huì)聚在一起的強(qiáng)光。根據(jù)這一現(xiàn)象，他們提出了“激光原理”，即物質(zhì)在受到與其分子固有振蕩頻率相同的能量激勵(lì)時(shí)，都會(huì)產(chǎn)生這種不發(fā)散的強(qiáng)光-激光。 1960年5月15日，美國(guó)加利福尼亞州休斯實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家梅曼宣布獲得了波長(zhǎng)為0.6943微米的激光，

4、這是人類有史以來獲得的第一束激光，梅曼因而也成為世界上第一個(gè)將激光引入實(shí)用領(lǐng)域的科學(xué)家。 1960年前蘇聯(lián)科學(xué)家H.巴索夫于發(fā)明了半導(dǎo)體激光器。半導(dǎo)體激光器的結(jié)構(gòu)通常由P層、N層和形成雙異質(zhì)結(jié)的有源層構(gòu)成。其特點(diǎn)是：尺寸小，耦合效率高，響應(yīng)速度快，波長(zhǎng)和尺寸與光纖尺寸適配，可直接調(diào)制，相干性好。 1960年在美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室里由伊朗物理學(xué)家賈萬制成的。 1970年后，激光經(jīng)典、半經(jīng)典、量子理論形成。,世界上第一臺(tái)激光器,1960年5月15日，美國(guó)加利福尼亞州休斯實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家梅曼宣布獲得了波長(zhǎng)為0.6943微米的激光，這是人類有史以來獲得的第一束激光，梅曼因而也成為世界上第一個(gè)將激光引入實(shí)用領(lǐng)域

5、的科學(xué)家。,C.H.Townes,A.M.Prokhorov,N.G.Basov,湯斯1954年在量子電子學(xué)研究中實(shí)現(xiàn)了氨分子的粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，研制了微波激射器和激光器；普羅霍洛夫和巴索夫1958年幾乎同時(shí)在量子電子學(xué)的基礎(chǔ)研究中，根據(jù)微波激射器和激光器原理研制了振蕩器和放大器。以上工作導(dǎo)致了激光器的發(fā)明。,The Nobel Prize in Physics 1964,中國(guó)第一臺(tái)激光器,1961年8月，中國(guó)第一臺(tái)激光器在中科院長(zhǎng)春光機(jī)所誕生。設(shè)計(jì)者有：王之江、王乃弘、杜繼祿等。 1963年7月，鄧錫銘制造了第一臺(tái)氦氖激光器。 隨后王乃弘制造了半導(dǎo)體激光器；劉頌豪制造了氟化鈣激光器；干福熹等制造了

6、釹玻璃激光器。,緒 論,一、激光的特性,1. 方向性好,2. 單色性好,3. 高亮度,空間高度集中：亮度比太陽表面高1010倍。 時(shí)間高度集中：功率峰值為1012瓦(TW) 。（高壓脈沖氙燈的亮度最高，與太陽的亮度不相上下，而紅寶石激光器的激光亮度，能超過氙燈的幾百億倍。）,4. 相干性好,二、激光的應(yīng)用,1.工業(yè)應(yīng)用 精密測(cè)量（距離 位移） 激光加工（切割 焊接 打孔 雕刻） 光譜分析 2.醫(yī)學(xué)應(yīng)用 眼科 普通外科 牙科 皮膚科 3.軍事應(yīng)用 激光測(cè)距 激光偵察 大氣激光通信 激光制導(dǎo) 核聚變,激光武器的優(yōu)點(diǎn),1無需進(jìn)行彈道計(jì)算 2無后座 3操作簡(jiǎn)便，機(jī)動(dòng)靈活，使用范圍廣 4無放射性污染，效

7、費(fèi)比高,核聚變實(shí)驗(yàn)的六路真空靶室,實(shí)驗(yàn)中采用大功率(1014KW)釹玻璃激光器,4. 日常應(yīng)用,激光打印機(jī),電腦光驅(qū),CD/VCD,條形碼掃描器,激光防偽,激光霓虹燈,重慶觀音橋激光噴泉,激光照在激光噴泉噴頭噴出的水膜上，激光束由激光控制系統(tǒng)編程控制，可發(fā)出多種多樣的圖案及色彩，照射在晶瑩透明的水膜上 , 形成斑斕奪目的奇異效果。,5. 通信領(lǐng)域的應(yīng)用,（1）空間激光通信,（2）光纖通信,光纖的優(yōu)越性：, 寬帶, 不受電磁干擾, 重量輕, 低損耗,1480nm和980nm波長(zhǎng)的半導(dǎo)體激光器是EDFA的泵浦光源。,6.信息技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用,(1) 全息照相,(2) 激光全息存儲(chǔ),信息存儲(chǔ)容量大-可達(dá)1Tb/cm3 記錄速度快 記錄信息不易丟失-壽命可達(dá)數(shù)百年 便于長(zhǎng)期保存-每一碎片都包含完整信息 便于拷貝、復(fù)制,(3) 大屏幕顯示（LED顯示）,采用二極管泵浦的固體激光器，倍頻輸出紅綠藍(lán)三基色的激光全色顯示具有色彩十分豐富多彩，亮度高、清晰度高等優(yōu)點(diǎn)預(yù)計(jì)未來10年內(nèi)在計(jì)算機(jī)投影儀、大屏幕高清晰顯示和數(shù)字電視方面得到廣泛應(yīng)用。,央視春晚LED顯示屏,埃及新吉薩大金字塔戶