激光原理簡(jiǎn)要講解

1、學(xué)號(hào)：20165229025,報(bào)告人：朱兆雨,激光原理簡(jiǎn)介,日期：2017.6.12,01,激光發(fā)展歷史,02,激光器基本原理,03,激光器的應(yīng)用及前景,主要內(nèi)容,LASER ( Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation ) ——輻射的受激發(fā)射的光放大,激光是20世紀(jì)的四項(xiàng)重大的發(fā)明之一,激光發(fā)展歷史,C.H.Townes,A.M.Prokhorov,N.G.Baso

2、v,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 1964,1、激光發(fā)明理論基礎(chǔ)可以追溯到1917年，著名的物理學(xué)家愛(ài)因斯坦在研究光輻射與原子相互作用的時(shí)候發(fā)現(xiàn)，除了受激吸收和自發(fā)輻射躍遷過(guò)程外，還存在受激輻

3、射躍遷過(guò)程。2、1960年7月，世界第一臺(tái)紅寶石固態(tài)激光器問(wèn)世，標(biāo)志了激光技術(shù)的誕生。3、1961年2月（A.Javan）研制成了He—Ne混合氣體激光器1962年，美國(guó)三個(gè)研究小組幾乎同時(shí)分別發(fā)布砷化鎵（GaAs）半導(dǎo)體激光器運(yùn)轉(zhuǎn)的報(bào)道。4、僅1961—1962年間世界各國(guó)發(fā)表的激光方面的論文達(dá)200篇以上。5、1963年建立了激光的半經(jīng)典理論。對(duì)激光的頻率特性和功率特性進(jìn)行了比較完善的探討。,激光發(fā)展歷史,5、1965年實(shí)

4、現(xiàn)了鈮酸鋰光學(xué)參量振蕩器，借助半經(jīng)典理論預(yù)言了鎖模效應(yīng)的存在。6、1966年研制成了固體鎖模激光器獲得了超短脈沖。7、1967年研制成了Ｘ射線激光器。8、1970年研制成了準(zhǔn)分子激光器。9、1977年研制成了紅外波段的自由電子激光器（FEL）10、1984年研制出光孤子激光器（SL）11、1961年8月，中國(guó)第一臺(tái)紅寶石激光器問(wèn)世。中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械研究所研制成功。 12、1987年6月，1012W的大功率脈沖激光

5、系統(tǒng)——神光裝置，在中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所研制成功。 神光I、神光II、神光III,激光發(fā)展歷史,,1986 神光I 裝置的兩路激光系統(tǒng),激光發(fā)展歷史,產(chǎn)生激光的必要條件,,1. 實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn),２.使原子被激發(fā),３.要實(shí)現(xiàn)光放大,——工作物質(zhì),——光學(xué)諧振腔,——激勵(lì)能源,激光構(gòu)造三要素,激光器基本原理,,激勵(lì)能源,,,增益介質(zhì),諧振腔,全反射鏡,部分 反射鏡(99?),,,,,,諧振腔，增益介質(zhì)，激勵(lì)能源。,1.

6、基本構(gòu)成部分,2. 激光的形成,光束在諧振腔內(nèi)來(lái)回振蕩，在增益介質(zhì)中的傳播使光得以放大，并輸出激光。,,,激光器基本原理,（一）自發(fā)輻射 受激輻射,1、自發(fā)輻射,原子在沒(méi)有外界干預(yù)的情況下,電子會(huì)由處于激發(fā)態(tài)的高能級(jí)E2自動(dòng)躍遷到低能級(jí)E1, 這種躍遷稱(chēng)為自發(fā)躍遷.由自發(fā)躍遷而引起的光輻射稱(chēng)為自發(fā)輻射。,自發(fā)輻射,激光器基本原理,2、受激吸收,原子吸收外來(lái)光子能量hn, 并從低能級(jí)E1躍遷到高能級(jí)E2, 且E2-E1=hn , 這

7、個(gè)過(guò)程稱(chēng)為受激吸收。,受激吸收,激光器基本原理,3、受激輻射,由受激輻射得到的放大了的光是相干光，稱(chēng)之為激光。,原子中處于高能級(jí)E2的電子,會(huì)在外來(lái)光子(其頻率恰好滿足hn=E2-E1)的誘發(fā)下向低能級(jí)E1躍遷, 并發(fā)出與外來(lái)光子一樣特征的光子, 這叫受激輻射。,激光器基本原理,（二）激光原理,1、粒子數(shù)正常分布和粒子集居數(shù)反轉(zhuǎn)分布,N1>N2表明 , 處于低能級(jí)的電子數(shù)大于高能級(jí)的電子數(shù)，這種分布叫做粒子數(shù)的正常分布。N2&g

8、t;N1叫做粒子集居數(shù)反轉(zhuǎn)，簡(jiǎn)稱(chēng)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)或稱(chēng)集居數(shù)反轉(zhuǎn)。,激光器基本原理,從外界輸入能量（如光照,放電等） , 把低能級(jí)上的原子激發(fā)到高能級(jí)上去, 這個(gè)過(guò)程叫做激勵(lì)（也叫泵浦-pump）.,激光器基本原理,2、光學(xué)諧振腔 激光的形成,光在粒子數(shù)反轉(zhuǎn)的工作物質(zhì)中往返傳播，使諧振腔內(nèi)的光子數(shù)不斷增加,從而獲得很強(qiáng)的光,這種現(xiàn)象叫做光振蕩。,加強(qiáng)光須滿足駐波條件,激光器基本原理,,3、諧振腔的作用,,,,,,增益介質(zhì),(1).限定光

9、的方向,(2).選擇光振蕩的頻率 （駐波條件）,(3). 延長(zhǎng)增益介質(zhì),激光器基本原理,激光的出現(xiàn)帶動(dòng)了多學(xué)科的發(fā)展，如量子光學(xué)、量子電子學(xué)、激光光譜學(xué)、非線性光學(xué)、集成光學(xué)、海洋光學(xué)等等。這里我們只列舉一些與日常生活相關(guān)的激光應(yīng)用科學(xué)的發(fā)展。,激光器的應(yīng)用及前景,(1)激光光盤(pán)制作技術(shù),激光器的應(yīng)用及前景,(2)激光醫(yī)學(xué),激光以其特有的優(yōu)越性能解決了許多傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)的難題。激光治療最早用于眼科，對(duì)視網(wǎng)膜剝離眼底血管病變、虹膜切開(kāi)、青光眼等