激光原理简要讲解.ppt

学号：20165229025,报告人：朱兆雨,激光原理简介,日期：2017.6.12,01,激光发展历史,02,激光器基本原理,03,激光器的应用及前景,主要内容,LASER ( Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation ) ——辐射的受激发射的光放大,激光是20世纪的四项重大的发明之一,激光发展历史,C.H.Townes,A.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 1964,1、激光发明理论基础可以追溯到1917年，著名的物理学家爱因斯坦在研究光辐射与原子相互作用的时候发现，除了受激吸收和自发辐射跃迁过程外，还存在受激辐射跃迁过程。 2、1960年7月，世界第一台红宝石固态激光器问世，标志了激光技术的诞生。 3、1961年2月（A.Javan）研制成了He—Ne混合气体激光器 1962年，美国三个研究小组几乎同时分别发布砷化镓（GaAs）半导体激光器运转的报道。 4、仅1961—1962年间世界各国发表的激光方面的论文达200篇以上。 5、1963年建立了激光的半经典理论。对激光的频率特性和功率特性进行了比较完善的探讨。,激光发展历史,5、1965年实现了铌酸锂光学参量振荡器，借助半经典理论预言了锁模效应的存在。 6、1966年研制成了固体锁模激光器获得了超短脉冲。 7、1967年研制成了Ｘ射线激光器。 8、1970年研制成了准分子激光器。 9、1977年研制成了红外波段的自由电子激光器（FEL） 10、1984年研制出光孤子激光器（SL） 11、1961年8月，中国第一台红宝石激光器问世。中国科学院长春光学精密机械研究所研制成功。 12、1987年6月，1012W的大功率脉冲激光系统——神光装置，在中国科学院上海光学精密机械研究所研制成功。 神光I、神光II、神光III,激光发展历史,,1986 神光I 装置的两路激光系统,激光发展历史,产生激光的必要条件,,1. 实现粒子数反转,２.使原子被激发,３.要实现光放大,——工作物质,——光学谐振腔,——激励能源,激光构造三要素,激光器基本原理,,激励能源,,,增益介质,谐振腔,全反射镜,部分 反射镜 (99),,,,,,谐振腔，增益介质，激励能源。,1. 基本构成部分,2. 激光的形成,光束在谐振腔内来回振荡，在增益介质中的传播使光得以放大，并输出激光。,,,激光器基本原理,（一）自发辐射 受激辐射,1、自发辐射,原子在没有外界干预的情况下,电子会由处于激发态的高能级E2自动跃迁到低能级E1, 这种跃迁称为自发跃迁.由自发跃迁而引起的光辐射称为自发辐射。,自发辐射,激光器基本原理,2、受激吸收,原子吸收外来光子能量hn, 并从低能级E1跃迁到高能级E2, 且E2-E1=hn , 这个过程称为受激吸收。,受激吸收,激光器基本原理,3、受激辐射,由受激辐射得到的放大了的光是相干光，称之为激光。,原子中处于高能级E2的电子,会在外来光子(其频率恰好满足hn=E2-E1)的诱发下向低能级E1跃迁, 并发出与外来光子一样特征的光子, 这叫受激辐射。,激光器基本原理,（二）激光原理,1、粒子数正常分布和粒子集居数反转分布,N1>N2表明 , 处于低能级的电子数大于高能级的电子数，这种分布叫做粒子数的正常分布。N2>N1叫做粒子集居数反转，简称粒子数反转或称集居数反转。,激光器基本原理,从外界输入能量（如光照,放电等） , 把低能级上的原子激发到高能级上去, 这个过程叫做激励（也叫泵浦-pump）.,激光器基本原理,2、光学谐振腔 激光的形成,光在粒子数反转的工作物质中往返传播，使谐振腔内的光子数不断增加,从而获得很强的光,这种现象叫做光振荡。,加强光须满足驻波条件,激光器基本原理,,3、谐振腔的作用,,,,,,增益介质,(1).限定光的方向,(2).选择光振荡的频率 （驻波条件）,(3). 延长增益介质,激光器基本原理,激光的出现带动了多学科的发展，如量子光学、量子电子学、激光光谱学、非线性光学、集成光学、海洋光学等等。这里我们只列举一些与日常生活相关的激光应用科学的发展。,激光器的应用及前景,(1)激光光盘制作技术,激光器的应用及前景,(2)激光医学,激光以其特有的优越性能解决了许多传统医学的难题。激光治疗最早用于眼科，对视网膜剥离眼底血管病变、虹膜切开、青光眼等一大批眼科疾患均能用激光治疗。,(3)光纤通信,(4)激光艺术,利用激光绘制灾害图, 激光检测大气含量,（5）激光在环境方面的应用,激光器的应用及前景,（6）激光在军事方面的应用,激光测距、激光雷达、激光制导、 激光通信、激光武器,战略反导激光武器,激光器的应用及前景,激光武器,激光拦截,激光制导,激光器的应用及前景,激光技术在军事的应用除上述几个方面外，还包括：激光侦察、激光核聚变、激光计算机、激光陀螺等。,请老师批评指正！,