激光原理绪论

激激 光光 原原 理理教材：教材： 激光原理激光原理 周炳琨周炳琨学时：学时： 54主讲教师：主讲教师： 邵邵 敏敏第一章： 概述激光器基本原理第二章： 开放式光谐振腔理论与高斯光束第四章： 阐明光和物质相互作用的基本物理过程第五章、第六章： 激光振荡和放大理论对激光技术中的物理问题有较系统全面的认识；内 容 概 要目标建立正确的基本概念；掌握一定的有关激光技术方面的知识。 按时上课，不迟到不早退。课 程 要 求 有事请请假。 上课请关机，勿吃东西。 认真学习，快乐学习。认真学习，快乐学习。 成绩：平时 20%，考试 80%。E-mail:激光（ Light Amplification byStimulated Emission of Radiation）意思是 “ 受激 辐射 的光放大 ” 。其最初中文名叫做 “ 镭射 ” 、 “ 莱塞 ”，是它的英文名称 LASER的音译。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。1916 年 爱因斯坦 提出其基本原理，1960 年激光才被首次成功制造。激光的发展不仅使古老的光学科学获得新生，而且导致一个新兴产业的出现。什么是激光？ 激光的基本概念 激光：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 ” 。 普通光源：自发辐射。激光的发展 1917年，爱因斯坦在 关于辐射的量子力学 一文预言了原子受激辐射发光的可能性，即存在激光的可能性。1958年，美国科学家肖洛和汤斯将内光灯泡所发射的光照在一种稀土晶体上时，晶体的分子会发出鲜艳的、始终会聚在一起的强光。根据这一现象，他们提出了 “ 激光原理 ” ，即物质在受到与其分子固有振荡频率相同的能量激励时，都会产生这种不发散的强光 -激光。1960年 5月 15日，美国加利福尼亚州休斯实验室的科学家梅曼宣布获得了波长为 0.6943微米的激光，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。1960年前苏联科学家 H. 巴索夫于发明了半导体激光器。半导体激光器的结构通常由 P层、 N层和形成双异质结的有源层构成。其特点是：尺寸小，耦合效率高，响应速度快，波长和尺寸与光纤尺寸适配，可直接调制，相干性好。1960年在美国贝尔实验室里由伊朗物理学家贾万制成的。1970年后，激光经典、半经典、量子理论形成。世界上第一台激光器1960年 5月 15日，美国加利福尼亚州休斯实验室的科学家梅曼宣布获得了波长为 0.6943微米的激光，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。C.H.TownesA.M.Prokhorov N.G.Basov汤斯 1954年在量子电子学研究中实现了氨分子的粒子数反转，研制了微波激射器和激光器；普罗霍洛夫和 巴索夫 1958年几乎同时 在量子电子学的基础研究中，根据微波激射器和激光器原理研制了振荡器和放大器。以上工作导致了激光器的发明。The Nobel Prize in Physics 1964中国第一台激光器1961年 8月，中国第一台激光器在中科院长春光机所诞生。设计者有： 王之江 、 王乃弘、 杜继禄等。1963年 7月， 邓锡铭 制造了第一台氦氖激光器。随后王乃弘制造了半导体激光器； 刘颂豪 制造了氟化钙激光器； 干福熹 等制造了钕玻璃激光器。绪 论一、激光的特性1. 方向性好2. 单色性好3. 高亮度空间高度集中： 亮度比太阳表面高 1010倍。时间高度集中： 功率峰值为 1012瓦 (TW) 。 （高压脉冲 氙灯 的亮度最高，与太阳的亮度不相上下，而红宝石激光器的激光亮度，能超过氙灯的几百亿倍。）4. 相干性好二、激光的应用1.工业应用精密测量（距离 位移）激光加工（切割 焊接 打孔 雕刻）光谱分析2.医学应用眼科 普通外科 牙科 皮肤科3.军事应用激光测距 激光侦察 大气激光通信 激光制导核聚变激光武器的优点1无需进行弹道计算 2无后座 3操作简便，机动灵活，使用范围广4无放射性污染，效费比高 核聚变实验的六路真空靶室实验中采用大功率 (1014KW) 钕玻璃激光器4. 日常应用激光打印机 电脑光驱CD/VCD条形码扫描器 激光防伪激光霓虹灯重庆观音桥激光喷泉激光照在激光喷泉喷头喷出的水膜上，激光束由激光控制系统编程控制，可发出多种多样的图案及色彩，照射在晶莹透明的水膜上 , 形成斑斓夺目的奇异效果。5. 通信领域的应用（ 1）空间激光通信（ 2）光纤通信光纤的优越性： 宽带 不受电磁干扰 重量轻 低损耗光纤通信用光源： 短距离通信用 0.85um；长距离通信用 1.31um， 1.55um 光纤放大器： 1.55um波段的掺铒光纤放大器（ EDFA）；1.31um的掺镨光纤放大器（ PDFA） ；1.27 1.67um全光波段的拉曼放大器（ RFA） 1480nm和 980nm波长的半导体激光器是 EDFA的 泵浦光源 。 6.信息技术领域的应用(1) 全息照相(2) 激光全息存储 信息存储容量大 -可达 1Tb/cm3 记录速度快 记录信息不易丢失 -寿命可达数百年 便于长期保存 -每一碎片都包含完整信息 便于拷贝、复制(3) 大屏幕显示（ LED显示）采用二极管泵浦的固体激光器，倍频输出红绿蓝三基色的激光全色显示具有色彩十分丰富多彩，亮度高、清晰度高等优点预计未来 10年内在计算机投影仪、大屏幕高清晰显示和数字电视方面得到广泛应用。 央视春晚 LED显示屏 埃及新吉